Книги, научные публикации
Pages: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... | 7 | -- [ Страница 1 ] --
Оцифровано by ICQ#779957 Timmy А. Ю. Беспалов, Э. Э. Звартау Н ЕЙРОПСИХОФАРМАКОЛОГИЯ АНТАГОНИСТОВ N М DA- РЕЦЕПТОРОВ Internet version by timmy Санкт-Петербург 2000 УДК 615.212.7 ББК 52.81 Б53 у Ib
t ц fc-cs *л А. Ю. Беспалов Ч канд. мед. наук, зав. лабораторией фармакологии поведения Института фармакологии им. А. В. Вальдмана Санкт-Петербург ского государственного медицинского университета им. акад.
И. П. Павлова Э. Э. Звартау Ч доктор мед. наук, профессор, руководитель отдела психофарма кологии Института фармакологии им. А. В. Вальдмана Санкт Петербургского государственного медицинского университета им. акад. И. П. Павлова Беспалов А. Ю., Звартау Э. Э.
Б53 Нейропсихофармцкология антагонистов NMDA-рецепторов.Ч СПб.: Невский Диалект, 2000.- 297 с: ил.
В монографии рассмотрены теоретические и практические подходы к созданию лекар ственных средств на основе антагонистов NMDA-подтипа глутаматных рецепторов. Прове ден сравнительный анализ различных подклассов антагонистов с учетом особенностей органи зации и функционирования NMDA-рецепторного комплекса. Предложены теоретические концепции ("внутрилекарственного" обусловливания, универсальной адаптивной гиперак тивации NMDA-рецепторов, модифицированной теории "стимул-реакция"), согласующие ся с эмпирическими принципами рационального поиска терапевтически выгодных и без опасных антагонистов NMDA-рецепторов.
Для врачей-исследователей и специалистов, работающих в области теоретической и при кладной нейро- и психофармакологии и наркологии, а также для аспирантов и студентов меди цинских и биологических факультетов ВУЗов, интересующихся ролью глутаматергической системы в регуляции нормальных и патофизиологических процессов в ЦНС.
Рисунков Ч 91. Таблиц Ч 26. Список литературы Ч 1236 названий.
й Беспалов А. Ю., Звартау Э. Э., ISBN 5-7940-0050-3 QQ й Невский Диалект, оформление, Оглавление Введение Список сокращений Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс как потенциальная мишень действия лекарственных средств 1.1. Классификация глутаматных рецепторов 1.2. Строение NMDA-рецепторного комплекса 1.2.1. Субъединицы NMDA-рецепторов 1.2.2. Основные связывающие (распознающие) участки NMDA-рецепторного комплекса 1.2.3. Трансмембранный ионный канал, ассоциированный с NMDA-рецепторным комплексом 1.3. Основные физиологические функции NMDA-рецепторного комплекса 1.3.1. Регуляция нейрональной возбудимости и клеточная смерть 1.3.2. Синаптическая пластичность 1.4. Распределение NMDA-рецепторов в ЦНС 1.5. Системы вторичных посредников 1.5.1. Кальций 1.5.2. Протеинкиназы 1.5.3. Арахидоновая кислота 1.5.4. Оксид азота (NO) 1.6. Эндогенные лиганды 1.7. Возможные причины патологической активности NMDA-рецепторного комплекса 1.8. Классификация антагонистов NMDA-рецепторов 1.8.1. Конкурентные антагонисты NMDA-рецепторов 1.8.2. Блокаторы канала, ассоциированного с NMDA-рецептором 1.8.3. Антагонисты стрихнин-нечувствительного глицинового рецептора 1.8.4. Антагонисты полиаминового рецептора Глава 2. Нейро- и психотропные свойства антагонистов NMDA-рецепторов 2.1. Судорожные расстройства 2.2. Ишемий головного мозга 2.3. Нейродегенеративные заболевания 2.3.1. Болезнь Паркинсона 2.3.2. Хорея Гентингтона 2.3.3. Боковой амиотрофический склероз 2.3.4. Болезнь Альцгеймера и расстройства памяти и обучения 2.4. Антидепрессантная активность Оглавление 2.5. Анксиолитические свойства 2.6. Боль и хронические болевые синдромы 2.6.1. NMDA-рецепторы и физиологические механизмы болевой чувствительности 2.6.1.1. Спинальные механизмы болевой чувствительности 2.6.1.2. Супраспинальные механизмы болевой чувствительности 2.6.2. Анальгетическая активность антагонистов NMDA-рецепторов 2.6.2.1. Острая (фазная) боль 2.6.2.2. Хроническая (тоническая) боль 2.6.3. Анальгетическая активность комбинации антагонистов NMDA-рецепторов и опиатных анальгетиков 2.7. Факторы, ограничивающие клиническое применение антагонистов NMDA-рецепторов 2.7.1. Психотомиметический и аддиктивный потенциал 2.7.1.1. Первично-подкрепляющие свойства 2.7.1.2. Дискриминативные стимульные свойства 2.7.1.3. Реакция электрической самостимуляции мозга 2.7.1.4. Условнорефлекторная реакция предпочтения места 2.7.1.5. Возможные пути ослабления психотомиметического и аддиктивного потенциала антагонистов NMDA-рецепторов 2.7.2. Расстройства внимания и сенсомоторный дефицит 2.7.3. Развитие толерантности 2.7.4. Нейротоксическое действие Глава 3. Лекарственная толерантность и NMDA-рецепторы 3.1. Опиатная толерантность 3.1.1. Механизмы опиатной толерантности 3.1.1.1. Клеточные механизмы фармакодинамической толерантности 3.1.1.2. Условнорефлекторная (ассоциативная) толерантность 3.1.2. NMDA-рецепторные механизмы опиатной толерантности 3.1.3. Толерантность к опиатной анальгезии 3.1.3.1. Толерантность к эффектам фентанила и других опиатных агонистов 3.1.3.2. Толерантность, вызванная нефармакологической стимуляцией 3.1.3.3. Ассоциативная толерантность 3.1.3.4. Экспрессия толерантности НО 3.1.3.5. Острая толерантность 3.1.3.6. Отсроченное введение антагонистов NMDA-рецепторов 3.1.4. Толерантность к другим эффектам опиатов 3.2. Толерантность к эффектам других психоактивных веществ 3.3. Теоретическое обоснование эффектов антагонистов NMDA-рецепторов 3.3.1. Внутриклеточные механизмы адаптации 3.3.2. Системная теория боли 3.3.3. Концепция "внутрилекарственного обусловливания" Оглавление Глава 4. NMDA-рецепторные механизмы лекарственной зависимости 4.1. Нейрональные механизмы формирования зависимости 4.2. Роль ассоциативных (условнорефлекторных) факторов в формировании лекарственной зависимости 4.3. Влияние антагонистов NMDA-рецепторов на формирование опиатной зависимости А А. Влияние антагонистов NMDA-рецепторов на лекарственный абстинентный синдром 4.4.1. Опиатнаязависимость АЛЛА. Субъективный компонент опиатного абстинентного синдрома 4.4.1.2. Сенситизация к опиатным антагонистам 4.4.2. Зависимость от других нейроактивных веществ 4.5. Обоснование применения антагонистов NMDA-рецепторов для лечения лекарственной зависимости Глава 5. Подкрепляющие свойства наркотиков и NMDA-рецепторы 5.1. Мозговая система "награды" 5.2. Первично-подкрепляющие свойства наркотиков 5.2.1. Реакция внутривенного самовведения 5.2.2. Реакция электрической самостимуляции мозга 5.3. Вторично-подкрепляющие свойства наркотиков 5.3.1. Реакция условнорефлекторного предпочтения места 5.3.2. Реакция электрической самостимуляции мозга 5.3.3. Условнорефлекторное восстановление угашенной реакции внутривенного самовведения 5.3.4. Условнорефлекторная локомоторная активность 5.4. Сенситизация (обратная толерантность) 5.5. Теоретическое обоснование влияния антагонистов NMDA-рецепторов на подкрепляющие свойства наркотиков Глава 6. Стриарные механизмы памяти и обучения:
поиск универсального механизма подкрепления на поведенческом уровне 6.1. Принцип образования связи "стимул-реакция" 6.2. Гностические модули в стриатуме 6.3. Долговременные изменения в глутаматергических синапсах стриатума 6.4. Гностические модули и феномен "перепрограммирования" стриарных проекций 6.5. Взаимодействие дофамина и глутамата 6.6. Лимбико-моторная интеграция и проблема частного и целого Оглавление 6.7. Ожидание "награды" и "запускающий механизм" 6.8. "Запускающий механизм": дофамин или глутамат? 6.9. Регуляция "запускающего механизма" 6.10. Альтернативное подкрепление и адъюнктивное поведение 6.11. Новизна стимулов 6.12. Основные поведенческие феномены в свете предлагаемой модели 6.12.1. Угашение 6.12.2. Латентное торможение 6.12.3. Рефлекс на запаздывание 6.12.4. Внешнее (латеральное) торможение 6.12.5. Избирательность образования связей "стимул-реакция" 6.13. Регуляция активности гностических модулей 6.14. Идеальная экспериментальная модель для анализа вклада глутаматергической системы в формирование аддиктивного поведения Глава 7. Заключение 7.1. Терапевтическая безопасность 7.2. Формирование и экспрессия патологических процессов 7.3. Продолжительная низкоуровневая стимуляция NMDA-рецепторов 7.4. Универсальные механизмы, обосновывающие клиническое применение антагонистов NMDA-рецепторов 7.5. Стратегические и тактические принципы поиска клинически эффективных антагонистов NMDA-рецепторов Литература Введение Бурное развитие психо- и нейрофармакологии в последние 10-15 лет обусловлено несколькими факторами. Во-первых, разработка методов качественного и количе ственного анализа специфического связывания фармакологических лигандов в сере дине 1970-х годов материализовала понятие "рецептор" и открыла практически не ограниченные перспективы для поиска и характеристики новых рецепторов.
Дальнейшее развитие молекулярной биологии и фармакологии, давшее возмож ность клонирования генов, контролирующих экспрессию рецепторных белков, иден тифицировать системы вторичных и третичных внутриклеточных посредников, опосредующих эффекты активации рецепторов, позволило еще более приблизиться к осознанию многообразия и полифункциональности рецепторов.
Во-вторых, высокотехнологичные методы анализа избирательности взаимодей ствия химических веществ с биологическими субстратами привели к появлению большого количества биологически активных веществ, селективно связывающихся с определенными подтипами рецепторов.
В-третьих, по мере накопления данных о неоднородности анатомического распре деления различных рецепторов появилась возможность фармакологического конт роля активности конкретных областей и проекций мозга.
Пристальное внимание в последнее время привлекает нейромедиаторная систе ма, использующая в качестве посредников возбуждающие аминокислоты, такие как глутамат и аспартат. В отечественной литературе по этой проблеме был опублико ван ряд обобщающих работ (Дамбинова, 1989;
Лапин, Рыжов, 1989;
Петров и соавт., 1997;
Раевский, 1989). Вместе с тем объем информации по фармакологии глутамат ергической системы, растет настолько быстро, что необходимость нового анализа имеющихся данных и рассмотрения перспектив дальнейших исследований стала очевидной. Наиболее хорошо изучен подтип глутаматных рецепторов, который на зван по имени одного из селективных агонистов, N-метил-о-аспартата (NMDA).
В первой главе настоящей книги детально рассмотрен NMDA-рецепторный комп лекс как потенциальная мишень действия лекарственных средств. Акцент сделан на классификации глутаматных рецепторов, строении и основных физиологических функциях NMDA-рецепторного комплекса, которые во многом определяют нейро и психотропные свойства антагонистов NMDA-рецепторов.
Несмотря на значительный терапевтический потенциал антагонистов NMDA рецепторов (глава 2;
судорожные расстройства, ишемические поражения головного мозга, нейродегенеративные заболевания, хронические болевые синдромы и др.), су ществует ряд факторов, лимитирующих клиническое применение антагонистов NMDA-рецепторов (психотомиметический и аддиктивный эффекты, расстройства памяти, развитие толерантности).
Известно, что NMDA-рецепторный комплекс имеет сложную надмолекулярную структуру с несколькими связывающими участками, и у антагонистов, действующих на различные участки этого комплекса, побочные эффекты выражены неодинаково.
Данные сравнительной фармакологии антагонистов NMDA-рецепторов свидетель 8 Введение ствуют о том, что определенные подклассы антагонистов не только лишены боль шинства негативных эффектов, присущих типичным антагонистам NMDA-рецепто ров (например фенциклидину), но и могут найти применение для лечения и профи лактики подобных нарушений, вызываемых представителями других классов фармакологических средств (например наркотическими анальгетиками).
В главах 3-5 представлены сведения об участии глутаматергической системы в механизмах формирования лекарственной толерантности и зависимости. Хотя клинических данных еще недостаточно, экспериментальные работы, выполненные на животных, убедительно свидетельствуют, что антагонисты глутаматных рецепто ров угнетают развитие толерантности и сенситизации к различным психоактивным веществам, а также блокируют проявления лекарственного абстинентного синдрома и способны предотвращать рецидивирование наркоманий.
Несмотря на присутствие глутаматных рецепторов в больших количествах прак тически во всех областях мозга, применение антагонистов этих рецепторов может оказывать достаточно специфическое избирательное воздействие. Полученные нами экспериментальные данные позволили предположить наличие нескольких психофи зиологических механизмов, которые, с одной стороны, подтверждают возможность получения положительного клинического эффекта от применения антагонистов NMDA-рецепторов (например концепция "внутрилекарственного обусловливания", модифицированная теория обучения типа "стимул-реакция"), а с другой, являются поводом для пересмотра подходов к разработке лекарственных средств на основе ве ществ, блокирующих глутаматергическую передачу.
Настоящая работа предназначена как для исследователей, работающих в области экспериментальной нейро- и психофармакологии, так и для клиницистов, которым представленные данные могут служить отправной точкой для планирования клини ческих испытаний и поиска новых направлений применения антагонистов глутамат ных рецепторов.
Отметим, что антагонисты глутаматных рецепторов не получили еще широкого клинического применения, разрешены лишь несколько препаратов (мемантин, дек строметорфан). Возможно это обусловлено отсутствием единой общепринятой кон цепции, которая определяла бы цели и задачи поиска и применения антагонистов глутаматных рецепторов. Результаты клинических испытаний последних 3-4 лет показали, что дальнейшее продвижение антагонистов глутаматных рецепторов в ме дицинскую практику определяется тем, насколько быстрым и успешным будет со здание подобной концепции. Авторы попытались систематизировать имеющиеся данные и сформировать цельное представление о психофармакологическом профи ле последствий блокады глутаматергической передачи.
Авторы выражают признательность И. В. Белозерцевой, И. А. Сухотиной, Н. А. Пат киной, О. А. Драволиной, С. Г. Семеновой, И. О. Медведеву, О. Н. Незнановой, Е. А. Бло хиной, А. В. Иванову, С. В. Иванову (СПбГМУ им. акад. И. П. Павлова), Р. Л. Балсте ру, П. М. Бирдсли, М. Токарж, С. И. Бауэну, К. Вилмор (Медицинский колледж штата Виргиния), В. Данишу (Мерц+Ко.), Я. М. ван Ри, М. А. Ф. М. Герритс, Г. Вол теринку (Университет г. Утрехта) за помощь в планировании и проведении экспери ментов, а также за многочисленные дискуссии и обсуждения, во многом опреде лившие характер выполненных исследований и содержание данной монографии.
Авторы также благодарны своим семьям за всестороннюю помощь и терпение, кото Введение рые позволили в течение длительного времени уделять значительные усилия анали зу литературы и имеющихся данных и написанию книги.
Эксперименты, результаты которых представлены в книге, выполнены в отделе психофармакологии Института фармакологии им. А. В. Вальдмана Санкт-Петербург ского государственного медицинского университета им. акад. И. П. Павлова в рамках ГНТП России "Национальные приоритеты в медицине и здравоохранении", отрасле вых научно-исследовательских программ Минздрава РФ № 621 "Изыскание и изу чение средств фармакотерапии наркотоксикоманий и алкоголизма в ряду веществ, влияющих на ионные каналы и нейрональные рецепторы" и № 739 "Разработка и изучение методов лекарственного и немедикаментозного лечения болевых синдро мов в эксперименте и клинике", грантов от Национальных институтов здоровья США (DA-01442, NIDA INVEST Fellowship № 3096, FIRCA №R03TW00714, кон тракт №N01MH30003), Голландской организации в поддержку научных исследова ний (NWO-07-13-087), а также при поддержке фармацевтических компаний "Новар тис" ("Сандоз";
Швейцария), "Синтелабо" (Франция), "Мерц+Ко." (Германия), "КоСенсис" (США), "Пфайзер" (США).
Список сокращений АМРА Ч а-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксгзол-пропионовая кислота А - Ч аденилатциклаза БАС Ч боковой амиотрофический склероз БЯШ Ч большое ядро шва ВТО Ч вентральная тегментальная область ГАМК Ч у-аминомасляная кислота ГМ>) Ч лимбический гностический модуль ГМСм Ч сенсомоюрный гностический модуль ДД Ч долговременная депрессия ДП Ч долговременная потенциация ПКА Ч протеинкиназа А ПКС Ч протеинкиназа С ПФК Ч префронтальная кора ПЯ Ч прилежащее ядро перегородки NMDA Ч N-метил-о-аспарагиновая кислота ТАН Ч тонически активные нейроны цАМФ Ч циклический аденозинмонофосфат ФЛ Ч фосфолипаза ФП Ч фосфопротеины ЧС Ч черная субстанция ЦОВ Ч центральное околоводопроводное вещество ЭЭГ Ч электроэнцефалография NMDA-рецепторыыи комплекс как потенциальная мишень действия лекарственных средств Глутаминовая кислота была открыта Риттхаузеном (Ritthausen) в 1866 г, и. уже к началу 1900-х гг установлено, что глутамат Ч важный компонент нервной ткани (Kmjevic, 1974) Интенсивное исследование роли глутамата в деятельности ЦНС начато в конце 1950-х гг, когда была выявлена его способность возбуждать нейро ны и был доказан специфический (рецепторный) механизм этого эффекта (Watkins, Evans, 1981) В последующих исследованиях установлено, что глутамат и ряд других возбуждающих аминокислот (например аспартат) Ч основные воз буждающие медиаторы ЦНС млекопитающих, и открыто множество подтипов глу таматных рецепторов 1.1. Классификация глутаматных рецепторов Глутаматные рецепторы подразделяют на две основные подгруппы Ч ионотропные (табл 1 1) и метаботропные (табл 12) Основное отличие между этими подгруппа ми состоит в том, каким образом связывание глутамата с рецептором отражается на изменении внутриклеточного гомеостаза Ч путем изменения мембранной проницае Таблица 1.1. Подтипы ионотропных глутаматных рецепторов * АМРА-рецепторы, у которых отсутствует С1иН2-субъединица, подвергшаяся РНК-редактирова нию а) формируют канал с высокой электропроводимостью, проницаемый для Са2+, б) чувстви тельны к внутриклеточным полиаминам (блокада при деполяризации мембраны) Аналогичны ми характеристиками обладают каинатные рецепторы с нередактированными субъединицами GluR5 и GluR 12 Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс Таблица 1.2. Группы метаботропных глутаматных рецепторов мости для катионов (ионотропные рецепторы) или через системы вторичных посред ников, сопряженные с G-белками (метаботропные). В настоящей работе будут рас смотрены только ионотропные глутаматные рецепторы.
Выделяют три основных подтипа ионотропных глутаматных рецепторов (табл. 1.1), получивших свои названия по именам селективных агонистов этих ре цепторов (рис. 1.1): N-метил-о-аспарагиновой кислоты (NMDA), а-амино-3-гидро кси-5-метил-4-изоксазол-пропионовой кислоты (АМРА), каиновой кислоты.
Следует также заметить, что до сих пор появляются работы, авторы которых раз деляют глутаматные рецепторы на NMDA- и He-NMDA-подтипы. Возможно, такое разделение отражает тот факт, что наиболее изученным подтипом глутаматных ре цепторов по-прежнему остается NMDA-подтип. Именно NMDA-рецепторы, а точ нее, селективные антагонисты этих рецепторов, наиболее интересны для разработки и внедрения в клиническую практику. Во-первых, молекулярная структура, нейро анатомическое распределение и физиологические функции NMDA-рецепторов дос таточно хорошо изучены, что позволяет уверенно предсказывать фармакологичес кий профиль того или иного лиганда. Во-вторых, синтезировано огромное количество веществ, избирательно связывающихся с этими рецепторами. Методами биохимического, электрофизиологического и поведенческого анализа было выделе но несколько десятков веществ, которые не только избирательно связываются cNMDA-рецепторами, но и обладают выраженным терапевтическим потенциалом.
В данной и последующих главах основное внимание будет уделено именно NMDA рецеиторам и их антагонистам.
1.2. Строение NMDA-рецепторного комплекса NMDA-рецепторный комплекс имеет сложное надмолекулярное строение и составлен из нескольких белковых субъединиц (рис. 1.2). NMDA-рецепторы с различным соста вом характеризуются неоднородным распределением в ЦНС, что приводит к многооб разию их физиологических функций и создает перспективы для дифференцированно го фармакогешюго контроля активности определенных подтипов NMDA-рецепторов и соответствующих нормальных и патофизиологических процессов.
1.2. Строение NMDA-рецепторного комплекса L-Глутаминовая кислота L-Аспарагиновая кислота N-метил-О-аспарагиновая кислота Хинолиновая кислота D-Серин Каиноваякислота АМРА Рис. 1.1. Химическая структура некоторых агонистов ионотропных глутаматных рецепторов В целях обзора возможных путей фармакогенной коррекции активности NMDA рецепторного комплекса следует выделить несколько связывающих участков, каж дый из которых влияет на работу трансмембранного канала, сопряженного с NMDA рецептором.
1.2.1. Субъединицы NMDA-рецепторов Точная композиция NMDA-рецепторного комплекса еще не установлена оконча тельно, однако к настоящему времени клонировано 3 типа субъедипиц, формирую щих NMDA-реценторный комплекс - NR1 (NMDA-), NR2 (NMDA-e) и NR (NMDA-x) (McBam, Mayer, 1994;
Danysz, Parsons, 1998;
Dunah et al, 1999).
О сложном комплексном характере строения NMDA-рецепторов свидетельствует также обнаружение 8 функционально значимых изоформ и 1 функционально неактив ной изоформы NR1-субъединицы, экспрессия которых определяется альтернативным сплайсингом одного гена. Кроме того, установлено, что NR2-cy6beflHHHna существует в 4 разновидностях Ч NR2A, NR2B, NR2C и NR2D, каждой из которых соответствует один ген (McBain, Mayer, 1994;
Dunah et al., 1999). Из NR2-cy6beflHHHn только для Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс NR2D известна более чем одна изоформа. Два подтипа NRS-субъединицы лишь недав но были выявлены и поэтому еще недостаточно изучены (Das et al., 1998).
Известно, что присутствие как NR1-, так и ЫК2-субъединиц в ЦНС млекопитаю щих необходимо для формирования функционально активных рецепторов. Полу ченные в последнее время данные указывают на то, что каждый рецепторный комп лекс имеет в своем составе 2 субъединицы NR2 и 2-3 субъединицы NR1 (Monyer et al., 1994;
Behe et al., 1995;
Premkumar, Auerbach, 1997;
Dunah et al., 1998;
Laube et al., 1998;
Dunah et al., 1999). С помощью методов гибридизации in situ и иммуногистохи мии установлено, что субъединица NR1 встречается практически во всех структурах ЦНС (Monyer et al., 1994;
Petralia et al., 1994). Распределение субъединиц NR2A-D более динамичное, и паттерн экспрессии NR2-субъединиц претерпевает значитель ные изменения в процессе онтогенеза (Akazawa et al., 1994;
Monyer et al., 1994). Не однородность анатомического распределения различных подтипов NR2-субъединиц во многом объясняет многообразие функций NMDA-рецепторов в различных отде лах ЦНС, что подтверждено данными радиолигандного связывания (Monaghan et al., 1988), а также результатами функциональных (Howe et al., 1991;
Hestrin, 1992) и фармакологических (Kashiwagi et al., 1997;
Cull-Candy et al., 1998;
Stocca, Vicini, 1998) исследований.
Таким образом, возможно, что именно субъединица NR2 определяет фармаколо гическую специфичность NMDA-рецепторного комплекса (Yamakura, Shimoji, 1999;
табл. 1.3). Поэтому неудивительно, что значительное внимание исследователи уде ляют тому, какие типы субъединиц NR2 и в каком соотношении и количестве входят в функционально полноценный NMDA-рецепторный комплекс (Monyer et al., 1994;
Behe et al., 1995;
Premkumar, Auerbach, 1997;
Laube et al., 1998). В состав нативных Таблица 1.3. Типы субъединиц NR Основные Типы су бъединиц характеристики NR2A NR2B NR2C NR2D ++ ++ +++ Аффинность глутамата1 + ++ +++ ++++ Аффинность глицина1 + + + Аффинность полиаминов1 - +++3 +++ + + Чувствительность к магнию Анатомическое Широкое Передний Ограниченное Ствол мозга, распределение2 (максимум Ч мозг (мозжечок) спинной мозг в гиппокампе) Онтогенез Постнатально Эмбрион Постнатально Эмбрион (максимум экспрессии) Сравнительная характеристика для гетеромеров NR1+NR2.
Данная характеристика отражает лишь общие тенденции нейроанатомического распределения, так как во многих структурах мозга присутствуют все субъединицы (например в мозжечке;
Cull Candy etal., 1998).
Эта субъединица определяет также чувствительность к Zn2+.
Потенцирующее действие гистамина связано с действием на эту субъединицу.
1.2. Строение NMDA-рецепторного комплекса NMDA-рецепторов могут входить либо две одинаковые, либо две различные субъ единицы NR2, что еще больше увеличивает многообразие форм NMDA-рецепторов и создает дополнительные мишени для фармакологического воздействия.
1.2.2. Основные связывающие (распознающие) участки NMDA-рецепторного комплекса В NMD А-рецепторном комплексе различают несколько связывающих участков:
1) участок связывания агонистов (глутамат, NMDA) и конкурентных антагонистов;
2) участок связывания коагонистов глицина и D-серина (другие названия этого ре цептора: стрихнин-нечувствительный глициновый рецептор, глицин -рецептор) в и глициновых антагонистов (Johnson, Ascher, 1987;
Danysz, Parsons, 1998);
3) участок связывания полиаминов (спермин, спермидин) и полиаминовых антаго нистов (Williams, 1993;
McBain, Mayer, 1994);
4) участок связывания "канальных" блокаторов (фенциклидин, кетамин, мемантин) (McBain, Mayer, 1994;
Dingledine et al., 1999);
5) участок связывания Mg2+ (Nowak et al., 1984);
6) участок связывания Zn2+ (Paoletti et al., 1997);
7) участок связывания H+ (Traynelis et al., 1995).
Кроме того, существуют специфические места связывания для других биоактив ных веществ, таких как нейростероиды (например прегненолон;
Wu et al., 1991;
Park Chung et al., 1997;
Weaver et al., 1997), нейропептиды (например, динорфин;
Chen, Huang, 1993;
Chen et al., 1995;
Shukla, Lemaire, 1994), гистамин (Yamakura, Shimoji, 1999). Эффекты гистамина не наблюдаются в нормальных физиологических услови ях, не блокируются классическими гистаминоблокаторами и, возможно, опосреду ются полиаминовым участком (Saybasili et al., 1995).
На рис. 1.2 схематически показано соотношение специфических мест связывания и определенных субъединиц. Следует особо отметить, что NMDA-рецепторы акти Рис. 1.2. Схема строения NMDA-рецептора (Parsons et al., 1998). Воспроизведено с измене ниями с разрешения издательства Prous Science. Агонисты Ч глутамат, NMDA. Коагонис ты Ч глицин, D-серин. Модуляторы Ч полиамины, гистамин 16 Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс вируются только после того, как глутамат свяжется с обеими субъединицами NR (Mayer et al., 1989;
Hirai et al, 1996;
Laube et al., 1997), а глицин Ч с двумя NRl-субъе диницами (Thedinga et al., 1989;
Siegel et al., 1996;
Williams et al., 1996). Эффекты глицина и других аллостерических модуляторов зависят не только от типа субъеди ницы, несущей место связывания, но и от композиции рецептора в целом. Например, участок связывания глицина находится на субъединице NR1. Константа ингибиро вания связывания для глицина составляет приблизительно 1-5 мкМ для гомомер ных NMDA-рецепторов (только субъединицы NR1;
Grimwood et al., 1995) и находит ся в наномолярном диапазоне для гетеромерных рецепторов (субъединицы NR и NR2;
Grimwood et al., 1992).
Различные участки NMDA-рецепторного комплекса оказывают друг на друга модулирующие влияния (табл. 1.4). Например, связывание агонистов с глутамат ным участком повышает сродство глицина к соответствующему участку, и наоборот.
В то же время, обратные отношения отмечены для антагонистов этих участков (Thomson, 1990). Подобная информация может оказаться исключительно полезной в ситуации, когда два (или более) лиганда NMDA-рецепторов применяются одно временно с одной и той же или с различными целями. Данные радиолигандного свя зывания позволяют предсказать синергизм эффектов глициновых и полиаминовых антагонистов (Voltz et al., 1994).
Полиаминовый участок также оказывает влияние на связывание глутамата. По лиамины в низких концентрациях увеличивают связывание глутамата и глицина, а в высоких Ч ослабляют (Johnson, 1996;
Williams, 1997). Таким образом, полиамины могут рассматриваться в качестве своеобразных веществ-регуляторов активации NMDA-рецепторов. В условиях длительной тонической активации NMDA-рецепто ров (например высвобождение глутамата при нейродегенеративных расстройствах) полиамины ограничивают эффекты глутамата (снижают аффинность глутамата Таблица 1.4. Аллостерические модулирующие взаимовлияния различных участков NMDA-рецепторного комплекса Аг Ч связывание агонистов;
Ант Ч связывание антагонистов;
f Ч усиливающее влияние;
I Ч угнетающее влияние;
0 Ч нет эффекта.
1.3. Основные физиологические функции NMDA-рецепторного комплекса и способствуют потенциал-зависимой блокаде). В то же время эффекты высоких (де поляризующих) концентраций глутамата при фазной активации глутаматергичес кой передачи усиливаются.
1.2.3. Трансмембранный ионный канал, ассоциированный с NMDA-рецепторным комплексом Канал, ассоциированный с NMD А-рецептором, проницаем для К+, Na+ и Са2+. На осно вании данных об электропроводности одиночных каналов предполагают, что cyaje ствугот две популяции NMDA-рецепторов (Farrant et al., 1994;
Momiyama et al, 1996;
Brimecombe et al., 1997;
Dingledine et al., 1999). Одна популяция формируется при учас тии субъединиц NR2 А или NR2B и представляет собой давно известные NMD А-рецеп торы с высокой проводимостью. Эти рецепторы чувствительны к блокаде Mg2+. Вторая популяция представляет собой NMDA-рецепторы с низкой проводимостью, низкой чувствительностью к Mg2+, имеющие в своем составе субъединицы NR2C или NR2D.
Открытие канала происходит при одновременном связывании агонистов с глута матным и глициновым участками. Обязательным условием для открытия канала яв ляется связывание глицина, именно это послужило основой для признания глицина коагонистом, а не просто аллостерическим модулятором NMDA-рецепторов (Thomson, 1990;
Danysz, Parsons, 1998).
Внутри канала находится участок (или участки) связывания "канальных" блока торов (фенциклидин, кетамин, мемантин). Связывание (как, впрочем, и диссоциа ция) "канальных" блокаторов с их рецепторным участком возможно только при от крытом канале. Иными словами, неконкурентная блокада NMDA-рецепторов этими веществами происходит лишь после связывания глутамата и глицина. Данный прин цип был назван "use-dependency" и на многие годы определил интерес к разработке лекарственных средств на основе блокаторов канала, ассоциированного с NMDA-pe цептором (см. гл. 1.8.2).
NMDA-рецепторному каналу присущи основные свойства, традиционно припи сываемые ионным каналам, управляемым лигандами (хемочувствительные каналы):
а) катионная проницаемость;
б) потенциал инактивации, близкий к 0 мВ. Однако в отличие от многих других каналов вероятность открытия канала, ассоциированно го с NMDA-рецептором, снижается при гиперполяризации мембраны (Nowak et al., 1984;
Ascher, Johnson, 1990). Такая зависимость от мембранного потенциала связана с блокадой NMDA-рецепторов Mg2f (см. далее).
1.3. Основные физиологические функции NMDA-рецепторного комплекса Как уже отмечалось, глутамат Ч основной возбуждающий медиатор в ЦНС млекопи тающих. Не вызывает удивления тот факт, что огромное количество физиологичес ких функций основано на активном использовании глутаматергической передачи.
Было бы нецелесообразно попытаться описать все возможные физиологические эф фекты активации NMDA-рецепторного комплекса. Тем не менее, можно выделить три основные физиологические функции NMDA-рецепторов, которые отражают функциональные особенности этих рецепторов и служат основой для разработки методов фармакологической модуляции.
18 Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс 1.3.1. Регуляция нейрональной возбудимости и клеточная смерть Термин "возбуждающие аминокислоты" традиционно используется по отношению к кислым аминокислотам, являющимся агонистами глутаматных рецепторов (на пример глутаминовая и аспарагиновая кислоты), и уже само название отражает одну из основных функций NMDA-рецепторного комплекса. Открытие канала, ассоции рованного с NMDA-рецепторным комплексом, приводит к увеличению концентра ции внутриклеточного кальция, поступающего по градиенту концентрации. Именно с кальцием связывают повышение нейрональной активности, опосредованное NMDA-рецепторами.
Перевозбуждение нейрона при интенсивном воздействии глутамата сопровожда ется переходом нормально функционирующих нейронов в состояние эпилептиформ ной активности, что может проявляться развитием судорог. Судороги возникают при аппликации возбуждающих аминокислот на кору головного мозга, при локальном их введении в желудочки мозга, а также при системном введении (Meldrum, 1995;
Chapman, 1998). Эпилептиформная активность развивается не только при химичес кой стимуляции мозга экзогенными агонистами, но и при электрической стимуля ции глутаматергических проекций (Stasheff et al., 1989;
DeLorenzo et al., 1998).
Длительная избыточная активация NMDA-рецепторов приводит к патологичес кому повышению внутриклеточной концентрации кальция и запускает необратимые изменения (активация Са2+-зависимых протеаз, эндонуклеаз, фосфолипаз), ведущие к гибели нейрона (так называемый механизм "кальциевой смерти"). Гибель нейронов наблюдается при системном и локальном введении больших доз агонистов, а также в культурах нейронов, обогащенных высокими концентрациями агонистов (Meldrum, Garthwaite, 1990;
Meldrum, 1998). Впервые нейродегенеративные измене ния были описаны в нейронах сетчатки после системного введения L-глутаминовой кислоты, однако этот феномен обычно трудно воспроизвести ввиду наличия высоко эффективного механизма обратного захвата глутамата. Поэтому наиболее достовер ные результаты получают, используя синтетические агонисты глутаматных рецепто ров, а также природные аналоги, механизмы инактивации которых малоэффективны (Kohler, Schwarcz, 1983). Следует заметить, что необратимые дистрофические изме нения наблюдаются также и при электрической стимуляции глутаматергических проекций (Scharfman, Schwartzkroin, 1989).
Нейротоксическое действие возбуждающих аминокислот стало предметом исключительно интенсивного изучения после того, как была установлена глутама тергическая природа многих нейродегенеративных расстройств, и возбуждающие аминокислоты стали рассматривать в качестве "эндогенных факторов нейротоксич ности". К нейропатологическим состояниям, обусловленным гиперактивностью глу таматергической системы, относят не только классические нейродегенеративные расстройства (болезнь Альцгеймера, хорея Гентингтона, болезнь Паркинсона, боко вой амиотрофический склероз), но и ишемические поражения головного мозга, раз личные энцефалопатии (включая диабетические), когнитивные и мнестические рас стройства на поздних стадиях эпилепсии, алгоколизма и др. (Meldrum, 1998;
Tsai et al., 1995;
Leigh, Meldrum, 1996;
Chapman, 1998;
Farber et al., 1998;
Meldrum, 1998;
Loopuijt, Schmidt, 1998).
Иными словами, речь идет практически о всех патологических состояниях, при которых наблюдается гибель нейронов. При этом избыточное высвобождение глута 1,3. Основные физиологические функции NMDA-рецепторного комплекса мата может быть как первичным (генетически детерминированные отклонения в уровнях экспрессии глутаматных рецепторов, транспортеров и т. д.), так и вторич ным звеном патологического процесса (нарушение кислородного баланса нейро нальной ткани, ослабление гетеросистемного контроля пресинаптического высво бождения глутамата и т. д.). Ив том и в другом случае глутамат играет ключевую роль в каскадной реакции гибели нейрона, что подтверждается большими поврежде ниями в тех структурах мозга, которые наиболее богаты глутаматными рецепторами.
Например, даже при краткосрочной ишемии головного мозга наблюдается практи чески полная гибель пирамидных нейронов гиппокампа (Davis et al., 1986).
Следует отдельно отметить, что рН-чувствительность NMDA-рецепторного ком плекса (из-за наличия специфического места связывания протонов) еще больше под черкивает участие этих рецепторов в процессах, приводящих к гибели нейронов. Так, ионы Н+ подавляют возбудимость нейронов и активность NMDA-рецепторного ком плекса (McBain, Mayer, 1994). Повышение синаптической активности (т. е. повыше ние пресинаптического высвобождения глутамата) приводит к закислению внекле точной среды вследствие низкого рН в везикулах, участвующих в синаптическом выбросе глутамата (Krishtal et al., 1987). Поэтому ингибирование NMDA-рецептор ного комплекса протонами может служить примером отрицательной обратной связи при избыточной секреции глутамата и, соответственно, чрезмерной стимуляции NMDA-рецепторов. В то же время имеются данные, что ингибиторы карбоангидразы увеличивают возбуждающее действие глутамата (Taira et al., 1993).
В последние годы появляется много работ, указывающих на роль глутаматерги ческой системы в механизмах "запрограммированной клеточной смерти" (апоптоз).
Например, недавно установлено, что |3-амилоид вызывает гибель нейронов по меха низму апоптоза, запускаемому транспортом Са2+ через активированные каналы NMDA-рецептора (Le et al., 1995). Как ни парадоксально, эти данные подчеркивают единство физиологических функций системы "возбуждающих аминокислот", так как апоптоз по сути является специфической формой клеточной памяти (McConkey et al., 1996).
1.3.2. Синаптическая пластичность С ионами кальция связана также другая основная функция NMDA-рецепторов Ч синаптическая пластичность. Термин "синаптическая пластичность" используется для описания механизмов памяти и обучения не только в традиционном понимании, но и для обсуждения основ различных форм привыкания, центральной сенситизации при хронической боли (явление "wind-up"), толерантности, лекарственной зависи мости и др.
В основе этой функции лежат два уже описанных ранее свойства NMDA-рецепто ров Ч потенциалзависимость и "use-dependency". При потенциале покоя, а также при гиперполяризации мембраны ионы Mg2+, будучи связанными с внутриканальным участком, не дают Са2+ проникнуть внутрь клетки. Деполяризация мембраны (от - до -30 мВ) снимает "магниевый блок" и таким образом открывает канал. Следует также заметить, что для деполяризации мембраны не требуется участия дополни тельных нейромедиаторных систем, так как результат достигается при активации глутаматом ионотропных рецепторов He-NMDA-подтипов.
20 Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс Благодаря описанным свойствам NMDA-рецепторы идеально подходят для ана лиза механизмов синаптической пластичности (Seeburg et al, 1995) на основе прин ципа, сформулированного в конце 1940-х гг. Конорским (Konorski, 1948) и Хэббом (Hebb, 1949). Согласно принципу обнаружения пространственно-временного совпа дения стимулов (coincidence-detection rule), синаптическая связь между двумя ней ронами укрепляется, если активность этих нейронов совпадает во времени. Впервые это было обнаружено в гиппокампе для возбуждающих (глутаматергических) проек ций волокон перфорантного пути на гранулярные клетки. Короткие серии высокоча стотной электрической стимуляции перфорантного пути приводили к долговремен ному повышению эффективности синаптической проводимости. Этот эффект был впервые детально описан в 1973 г. и получил название "долговременной потенциа ции" - ДП (Bliss, Collingridge, 1993).
Явление ДП было обнаружено во многих других структурах мозга (см. гл. 6.3), а варьирование параметров стимуляции и регистрации позволило выделить целый ряд аналогичных явлений, каждое из которых вносит свой вклад в формирование памятных следов (Bliss, Collingridge, 1993).
Одной из характерных особенностей ДП является ^оперативность, которая предполагает наличие пороговой интенсивности стимула, индуцирующего ДП;
"сла бые" стимулы, возбуждающие незначительное количество волокон, не запускают ДП. Очевидно, что потенциалзависимость канала, ассоциированного с NMDA рецепторным комплексом, является мембранным механизмом, участвующим в реа лизации принципа "кооперативности".
Еще в первых работах по физиологии ДП было выявлено, что индукция ДП бло кируется хелаторами Са2+. В последующих экспериментах исследователи подтвер дили ключевую роль Са2"1 -зависимых внутриклеточных процессов в синаптической пластичности. Так как NMDA-рецепторы проницаемы для Са2+, считают, что повы шение внутриклеточной концентрации этих ионов во время индукции ДП опосредо вано NMD А-рецепторами. Эта гипотеза получила весьма солидное эксперименталь ное подтверждение. Во-первых, антагонисты NMDA-рецепторов блокируют индукцию ДП (Bliss, Collingridge, 1993). Во-вторых, NMDA-рецепторы во многих структурах (например в гиппокампе, полосатом теле) расположены на шипиках ден дритов нейронов, что позволяет ограничивать в пространстве повышение внутри клеточной концентрации Са2+ (Bliss, Collingridge, 1993).
Говоря о ключевой роли NMDA-рецепторов в регуляции синаптической пластич ности, не следует забывать, что процессы синаптической пластичности представ ляют собой своего рода "диалог" между пост- и пресинаптическими механизмами и не-NMD А подтипы глутаматных рецепторов (как ионотропные, так и метаботрои пые) также вносят свой вклад в изменение эффективности синаптической передачи (Bliss, Collingridge, 1993;
Colley, Routtenberg, 1993).
1.4. Распределение NMDA-рецепторов в ЦНС NMDA-рецепторы (а точнее, субъединицы NR1) обнаружены практически во всех отделах и структурах ЦНС млекопитающих. Наибольшая плотность этих рецепто ров наблюдается в обонятельной системе, гиппокампе, фронтальной коре, базальных ядрах (прилежащее ядро, хвостатое ядро, перегородка и т. д.) (Прихожан, 1989;
1.5. Системы вторичных посредников Bjorklund et al, 1984;
Franklin et al, 1993;
Greenamyre, Porter, 1994;
Benke et al., 1995).
В первую очередь следует отметить присутствие NMDA-рецепторов в тех структу рах, которые ответственны за память и обучение в традиционном понимании этих слов,Ч ассоциативные поля коры головного мозга, гиппокамп (пространственная память), миндалевидное тело (эмоциональная память), хвостатое и прилежащее ядра (сенсомоторное сопряжение) и др.
В среднем мозге, стволе и спинном мозге плотность NMDA-рецепторов довольно низка, что ни в коей мере не указывает на незначительную функцию глутаматерги ческой системы в этих отделах мозга. Напротив, NMDA-рецепторы присутствуют в значительных количествах в тех структурах, которые могут осуществлять свои функции только при повышенном ресурсе синаптической пластичности Ч ядрах ко ленчатых тел, ядрах шва, центральном околоводопроводном веществе, задних рогах спинного мозга и др.
У человека специфическое связывание лигандов NMDA-рецепторов обнаружива ется начиная с 16-й недели эмбрионального развития и далее претерпевает суще ственные изменения в процессе онтогенеза. Как уже отмечалось, на разных этапах развития организма наблюдаются значительные колебания экспрессии субъединиц NMDA-рецепторов. Сведения по молекулярной фармакологии NMDA-рецепторов получены в основном в течение последних 5-6 лет и потому еще не успели привести к пересмотру существующих представлений об онтогенетической регуляции экс прессии NMDA-рецепторов. Известно, что различные лиганды NMDA-рецепторов обладают порой абсолютно несоразмеримой аффинностью к определенным подти пам/субъединицам NMDA-рецепторов. Например, аффинность глутамата выше по отношению к субъединицам NR2B, С и D, в то время как конкурентные антагонисты "предпочитают" субъединицы NR2A и В (Parsons et al., 1998). Выявлено также, что глутамат и конкурентные антагонисты способны различать сплайс-изоформы субъ единицы NR1, каждая из которых характеризуется собственным паттерном анатоми ческого распределения (Parsons et al., 1998).
Ввиду того что особенности локализации NMDA-рецепторов были в основном установлены с помощью меченных тритием лигандов, таких как глутамат и конку рентные антагонисты, можно предполагать, что колебания экспрессии NMDA рецепторов в процессе онтогенеза касаются не столько общего количества существу ющих NMDA-рецепторов, сколько изменений соотношения различных субъединиц и изоформ (см. например McBain, Mayer, 1994, с. 743). Тем не менее для многих структур экспрессия NMDA-рецепторов обнаружена только в течение весьма огра ниченного промежутка времени на ранних этапах развития и связана исключительно с выполнением специфических функций, не характерных для зрелого организма.
Примерами таких функций могут служить установление синаптических связей и формирование доминантных колонок в зрительной коре, установление синаптичес ких связей и миграция гранулярных клеток в мозжечке (McBain, Mayer, 1994, с. 741).
1.5. Системы вторичных посредников Активность NMDA-рецепторного комплекса находится под контролем не только значительного числа аллостерических модуляторов, но и целого ряда систем вторич ных посредников. Основным механизмом, опосредующим активацию NMDA-рецеп 22 Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс тора, является транспорт Са2+, Na+, K+ через трансмембранный канал. В формальном понимании этого термина, ионы Са сами по себе являются вторичными посредни ками и способны регулировать различные кальцийзависимые процессы внутри клет ки. Далее речь пойдет об основных системах вторичных посредников, которые непос редственно или косвенно модулируют активность NMDA-рецепторного комплекса и могут быть мишенями действия лекарственных средств.
1.5.1. Кальций Подобно другим двухвалентным катионам, Са2+ оказывает негативное модулирую щее влияние на активность NMDA-рецепторного комплекса. Высокие вне- и внутри клеточные концентрации Са2+ снижают проводимость NMDA-рецепторного канала (McBam, Mayer, 1994, с. 736), что может рассматриваться как парадоксальный, но весьма разумный механизм самозащиты нейрона от перевозбуждения Угнетающее действие Са2+ может быть связано с перераспределением поверхностного заряда мембраны, со специфическим блокирующим действием ("закупорка канала"), акти вацией тирозиновых и сериновых фосфатаз, которые дефосфорилируют С-терми нальные фрагменты субъединиц NR1 и NR2, активацией кальмодулина, NO-синте тазы, а также с деполимеризацией актина (см ниже). Са2+-зависимая инактивация NMDA-рецепторного комплекса представляет собой одну из форм десенситизации данных рецепторов.
Модулирующее действие Са2+ может быть опосредовано изменениями в цитоске лете. Например, установлено, что активность NMDA-рецепторного комплекса регу лируется актиноподобным белком, который деполимеризуется при повышении внутриклеточной концентрации кальция (Rosenmund, Westbrook, 1993) Предпола гают, что Са2+-зависимая инактивация NMDA-рецепторного комплекса происходит при участии нескольких регуляторных белков Ч а-актинин-2, йо-тяо, нейрофила мент-Л (для субъединиц NR1;
Ehlers et al., 1998;
Lin et al, 1998), а также семейства постсинаптических белков PSD, связывающихся с субъединицами NR2 (Harris et al, 1997). Смысл этой регуляции в том, что NMDA-рецептор (точнее, его канал) нахо дится в активном состоянии только тогда, когда эти регуляторные белки связывают ся с субъединицами, кластеризуя рецепторный комплекс в синаптической области в непосредственной близости к системам вторичных посредников Кластеризация представляет собой еще один высокоэффективный механизм саморегуляции актив ности NMDA-рецепторного комплекса, так как вход Са2+ через канал, ассоциирован ный с NMDA-рецептором, способствует инактивации рецептора благодаря актива ции Са2+-зависимых фосфатаз и кальмодулина, которые препятствуют связыванию NMDA-рецепторного комплекса (субъединицы NR1) с элементами цитоскелета (Ehlers et al., 1996;
Rosenmund, Westbrook, 1993).
1.5.2. Протеинкиназы Увеличение внутриклеточной концентрации Са2+ приводит к изменению активнос ти большого количества Са2+-зависимых ферментов, включая протеазы (кальпаин), фосфатазы (кальцинейрин), фосфолипазы, а также протеинкиназы Наибольшее количество исследований было посвящено изучению процессов фосфорилирова 1,5. Системы вторичных посредников ния, при этом особое внимание ученые уделяли роли протеинкиназ. Первой проте инкиназой, которой была приписана роль в некоторых NMDA-зависимых процес сах (например долговременная потенциация), стала Са2+/фосфолипидзависимая протеинкиназа (протеинкиназа С/ПКС;
Bliss, Collingridge, 1993). Впоследствии не которые другие протеинкиназы, такие как кальмодулин- и Са2+-зависимая проте инкиназа II, выдвигались на роль носителя клеточной памяти. Интересно, что пер вая работа с селективным "выключением" ("knockout") определенного гена как раз и была посвящена роли кальмодулин- и Са2+-зависимой протеинкиназы II типа (Silva et al., 1992).
В то же время давно замечено, что Са2+-зависимые фосфатазы и протеинкиназы модулируют NMDA-рецепторный комплекс. Так, выявлено, что NMDA-рецептор ный комплекс быстро инактивируется при отсутствии АТФ (или источников энер гии). Более того, активация ПКС (форболовыми эфирами) потенцирует NMDA зависимую деполяризацию мембраны (Gerber et al., 1989). В физиологических условиях подобная регуляция наблюдается, например, при введении агонистов ц-опиатных рецепторов (Chen, Huang, 1991;
см. гл. 3.3.1). Предполагается, что акти вация ПКС снижает аффинность Mg2+, ограничивающих транспорт через ионный ка нал NMDA-рецепторного комплекса (Chen, Huang, 1992).
Фосфорилирование тирозиновых оснований в С-терминальном окончании субъединицы NR2 повышает (посредством снижения аффинности Zn2+;
Zheng et al., 1998), а дефосфорилирование (тирозиновыми фосфатазами;
Hall, Soderling, 1997) снижает ионный ток через NMDA-рецепторный канал. При отсутствии синаптичес кой активности NMDA-рецепторы фосфорилируются протеинкиназой А (ПКА), ко торая повышает активность NMDA-рецепторов, находящихся в состоянии покоя (Tmgleyetal.,1997).
Причины столь подробного внимания к механизмам регуляции активности NMDA-рецепторного комплекса объясняются в гл. 3.3.1, 4.5 и 5.5.
1.5.3. Арахидоновая кислота Высвобождение арахидоновой кислоты в нейронах происходит при участии фос фолипазы А2, активируемой при увеличении концентрации внутриклеточного Са2+, поступающего через NMDA-рецепторный канал (Miller et al., 1992). Арахи доновая кислота усиливает ионный ток через NMDA-рецепторный канал (предпо лагают специфическое место связывания для ненасыщенных жирных кислот), но в то же время делает эффекты стимуляции NMDA-рецептора более преходящими вследствие возможного влияния на кинетику десенситизации рецептора. Арахи доновая кислота Ч один из примеров положительной обратной связи, без которой невозможно формирование длительных изменений (например долговременная потенциация).
1.5.4. Оксид азота (N0) Одним из последствий активации NMDA-рецепторов является высвобождение ок сида азота при ферментативной реакции, катализируемой NO-синтетазой. NO-син тетаза Ч один из наиболее сложно организованных ферментов, существующих в ви 24 Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс де нескольких изоформ (Garthwaite, Boulton, 1995). Конститутивные (т. е. экспрес сия которых не нуждается во внешней индукции) изоформы регулируют синтез N в нейронах. Данный процесс запускается при активации NMDA-рецепторов и повы шении внутриклеточной концентрации Са2+. Ионы Са2+ вступают в связь с кальмоду лином и уже в виде комплекса Са2+/кальмодулин связывают и активируют NO-син тетазу. NO-синтетаза в активированном состоянии превращает L-аргинин (субстрат) в NO и L-цитруллин. В свою очередь N0 связывается со специфическим рецептором, представляющим собой комплексированный ион железа в молекуле гуанилатцикла зы, стимулирует образование цГМФ (Murad, 1994) и тем самым регулирует актив ность цГМФ-зависимых протеинкиназ, фосфодиэстераз и ионных каналов, управля емых цГМФ (Garthwaite, Boulton, 1995).
Стимуляция NO-синтетазы, а также введение веществ, являющихся донорами NO, дает эффекты, во многом напоминающие эффекты стимуляции NMDA-рецеп торного комплекса (например облегчение выработки долговременной потенциации в гиппокампе) (Bliss, Collingridge, 1993).
В то же время NO оказывает ингибирующее модулирующее воздействие на NMDA-рецепторный комплекс (Garthwaite, Boulton, 1995), что представляет собой еще один путь регуляции этих рецепторов по типу отрицательной обратной связи, наблюдаемый в физиологических условиях.
1.6. Эндогенные лиганды В физиологических условиях активность NMDA-рецепторного комплекса регулиру ется большим количеством эндогенных агонистов, антагонистов и модуляторов. К их числу, в первую очередь, относятся вышеупомянутые глутамат (и аспартат), глицин (и n-серин), полиамины, гистамин, различные нейропептиды и нейростероиды, Cai+, Zni+, H+. Как и для большинства нейромедиаторов, для глутамата и других эндоген ных агонистов и модуляторов глутаматных рецепторов существуют специфические механизмы пресинаптического накопления и высвобождения, обратного захвата и деградации (см., например, для глутамата Ч Clements, 1996;
для глицина Ч Danysz, Parsons, 1998;
для кинуренинов Ч Stone, 1993). Эти процессы также являются весьма перспективными объектами исследования и потенциальными мишенями действия лекарственных средств.
Кроме того, существует еще несколько модуляторных систем, которые позволяют поддерживать физиологическое равновесие активирующих и ингибирующих влия ний па NMDA-рецепторный комплекс. Одной из наиболее хорошо изученных явля ется система кинуренинов.
Биологическая активность кинуренинов была доказана в 1970-х гг. в работах И. П. Лапина с коллегами (Lapin, 1980). Кинурениновый путь метаболизма трипто фана считался своего рода биохимическим курьезом до тех пор, пока не было обнару жено, что конечные продукты этого пути являются либо селективными агонистами (хинолиновая кислота) NMDA-рецепторов, либо антагонистами стрихнин-нечув ствительного глицинового рецептора (кинуреновая кислота в малых дозах). Кинуре новая кислота образуется из кинуренина (фермент Ч кинуренинаминотрансфераза);
хинолиновая кислота также образуется из кинуренина (начальный фермент пути Ч кинуренин-3-гидроксилаза). Это означает, что метаболизм кинуренина может опре 1.7. Возможные причины патологической активности NMDA-рецепторного комплекса делять баланс возбуждающих и тормозных влияний и, следовательно, быть мише нью фармакотерапии.
Концентрация кинуренинов во внеклеточном пространстве очень сильно зависит от многих факторов (например от наличия прекурсоров) и может значительно ме няться в условиях патологии;
например, может нарушаться баланс хинолиновой и кинуреновой кислот, при этом преобладающие влияния хинолиновой кислоты (и других кинуренинов с агонистической активностью) могут выражаться в нейро дегенеративных изменениях, а также вносить свой вклад в генез судорожных рас стройств (Stone, 1993).
1.7. Возможные причины патологической активности NMDA-рецепторного комплекса Повышенная активность NMDA-рецепторного комплекса может быть следствием либо избыточной стимуляции NMDA-рецепторов, либо устойчивых изменений на рецепторном или пострецепторном уровне.
К избыточной стимуляции NMDA-рецепторов могут приводить: а) повышение прссинаптического высвобождения эндогенных агонистов (глутамата, аспартата);
б) нарушение обратного захвата и/или деградации медиатора;
в) введение экзоген ных агонистов (например некоторых алиментарных ядов Ч домоевой кислоты, (3-N оксалил-диаминопропионовой кислоты, |3-^метил-амино-1.-аланина, содержащих ся в семенах некоторых растений, а также в морских моллюсках и вызывающих специфические нейродегенеративные расстройства;
Plaitakis, Constantakakis, 1993);
г) нарушение баланса эндогенных агонистов и антагонистов (например кинурени нов, см. гл. 1.6).
Изменения на рецепторном или пострецепторном уровне включают: а) повыше ние аффинности и/или внутренней активности агонистов и коагонистов;
б) сниже ние аффинности эндогенных антагонистов. Повышение аффинности и/или внутрен ней активности агонистов и коагонистов происходит при:
1) ослаблении механизмов отрицательной обратной связи (например Н+ и рН-чув ствительность, см. гл. 1.3.1) и усилении механизмов положительной обратной связи (например изменения в каскаде арахидоновой кислоты, см. гл. 1.5.3);
2) повышении концентрации эндогенных (и введении экзогенных) положительных модуляторов и снижении концентрации отрицательных модуляторов NMDA рецепторного комплекса;
3) длительном введении антагонистов (явление "up-регуляции", которое выявлено для большинства рецепторных систем, например для ц-опиатных рецепторов;
см. также табл. 1.4).
Следует отдельно заметить, что важным источником регуляции кажущейся актив ности агонистов и коагонистов является десенситизация рецепторов (McBain, Mayer, 1994, с. 730). В настоящее время различают три формы десенситизации NMDA-рецеп торов: а) Са2+- и глициннезависимая десенситизация, которая запускается связывани ем агониста с глутаматным участком;
б) десенситизация, опосредованная повышением внутриклеточной концентрации Са2+;
в) глицинзависимая десенситизация.
Глицинзависимая десенситизация является одним из наиболее важных механиз мов регуляции активности NMDA-рецепторного комплекса, так как глицин постоян 26 Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс но присутствует во внеклеточном пространстве (в отличие от глутамата, который высвобождается только при возбуждении глутаматергических проекций). С одной стороны, глицин повышает сродство глутамата к NMDA-рецепторам, а глутамат за пускает процесс десенситизации, который сопровождается снижением аффинности глицинового участка (Parsons et al., 1993a). С другой стороны, глицин ограничивает десенситизацию и тем самым усиливает эффекты стимуляции NMDA-рецепторов (Chen etal., 1997).
Не вызывает сомнения то, что фармакологическая коррекция активности NMDA рецепторного комплекса может быть направлена на любое из перечисленных звень ев. Однако, несмотря на огромное число работ в области фармакологии NMDA рецепторного комплекса, возможен качественный анализ только тех данных, которые получены с помощью специфических лигандов связывающих участков NMDA-рецепторного комплекса. Во-первых, существует большое количество ве ществ, избирательно взаимодействующих с глутаматным, глициновым, канальным и полиаминовым участками. Во-вторых, многие из этих веществ проявляют биоло гическую активность при системном введении, что позволяет проводить анализ ак тивности NMDA-рецепторного комплекса in vivo и, следовательно, облегчает пони мание клинической значимости результатов. Характерным примером могут служить вещества, тормозящие пресинаптическое высвобождение глутамата (ламотриджин, рилузол, фосфенитоин), обладающие терапевтически значимой активностью, но ме ханизм действия которых не ограничивается глутаматергической системой и, воз можно, основывается также на блокаде потенциалчувствительных Na+- и К+-каналов (напримерNarahashi etal., 1997;
Palmer, Hutchison, 1997).
Поэтому в последующих главах основное внимание будет уделено именно веще ствам с выраженной системной активностью, избирательно влияющим на отдельные компоненты NMDA-рецепторного комплекса. Речь пойдет прежде всего о веществах, оказывающих тормозные влияния, так как перспективы использования веществ, по зитивно модулирующих NMDA-рецепторный комплекс, весьма сомнительны из-за выраженной нейротоксичности и способности вызывать судороги. Концепция при менения положительных модуляторов для улучшения когнитивных функций (на пример так называемые АМРАкины) не вызывает прежнего оптимизма (Brorson et al., 1995;
Lynch, 1998), хотя роль глутамата в механизмах памяти и обучения не остав ляет сомнений.
1.8. Классификация антагонистов NMDA-рецепторов Существует несколько классификаций антагонистов NMDA-рецепторов. Наиболее оправданной представляется классификация, в основе которой лежит связывание с различными участками NMDA-рецепторного комплекса. Кроме того, возможно разделение антагонистов NMDA-рецепторов по степени избирательности их взаи модействия с определенным участком NMDA-рецепторного комплекса, а также по наличию внутренней активности. Вполне очевидно, что в будущем в основе класси фикации антагонистов NMDA-рецепторов будет лежать избирательность взаимо действия с NMDA-рецепторами с определенной субъединичной композицией (на пример NMDA-рецепторы, состоящие из сплайс-варианта NR1A и субъединицы NR2B).
1 8. Классификация антагонистов NMDA-рецепторов 1.8.1. Конкурентные антагонисты NMDA-рецепторов Как следует из самого названия, конкурентные антагонисты взаимодействуют с тем же участком NMDA-рецепторного комплекса, что и глутамат. Введение конкурент ных антагонистов приводит к вытеснению агонистов из глутаматного участка связы вания на NMDA-рецепторном комплексе и тем самым к ослаблению эффектов аго нистов.
Первым из конкурентных антагонистов, в конце 1970-х гг. была обнаружена о-а-аминоадипиновая кислота (Evans et al., 1979). На основании этой молекулы было синтезировано большое количество селективных антагонистов, содержащих ы-фосфоновую группу, но обладающих ограниченной способностью проникать че рез гематоэнцефалический барьер (например п-2-амино-5-фосфонопентановая кис лота;
D-AP5;
Evans et al., 1982). В дальнейшем появились циклические аналоги с бен зольными (например NPC-17742 / GPI-3000;
Ferkany et al., 1993;
Davis et al., 1997), пиперидиновыми (например CGS-19755;
Schmutz et al., 1997) и пиперазиновыми (например СРР, D-CPPene;
Herrlingetal., 1997) кольцами, которые характеризуются высокой активностью при системном введении (рис. 1.3).
Как и молекулы многих агонистов (глутамат, аспартат, NMDA), молекулы боль шинства конкурентных антагонистов содержат две карбоксильные группы и одну аминогруппу. Наличие двух отрицательных и одного положительного зарядов в мо лекулах агонистов и антагонистов рассматривают как одно из необходимых условий связывания с глутаматным участком NMDA-рецепторного комплекса. Это послужи ло основанием для развития так называемой "трехточечной" модели NMDA-рецеп тора (Watkins, 1991 и др.).
Большинство известных конкурентных антагонистов связывается со всеми под типами NMDA-рецепторов независимо от субъединичной конфигурации. Однако в целом имеющиеся данные указывают на то, что конкурентные антагонисты облада ют наибольшей аффинностью к рецепторам, имеющим в своем составе субъединицы NMDAR2A и/или 2В. Например, о-СРРепе наиболее избирателен по отношению к NMDAR2A-pe4enTopaM (Herrling et al., 1997). CGS-19755, CGP-39653, CGP- имеют большее сродство к NMDAR2А- и NMDAR2B-peцenтopaм, нежели к рецепто СРР D-CPPene NPC-17742 (GPI-3000) CGS- Рис. 1.3. Химическая структура некоторых конкурентных антагонистов NMDA-рецепторов Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс рам с субъединицами NMDAR2C и 2D (Laurie, Seeburg, 1994;
Hess et al, 1996). Мож но предсказать, что в ближайшее время появятся конкурентные антагонисты с боль шей селективностью к рецепторам с субъединицами NMDAR2C (такие как, напри мер, LY-233536;
Buller, Monaghan, 1997) и 2D.
В табл. 1.5 представлены данные о конкурентных антагонистах NMDA-рецепто ров, которые проходили клинические испытания или которых готовят к ним.
1.8.2. Блокаторы канала, ассоциированного с NMDA-рецептором Начало исследования фармакологических свойств антагонистов NMD А-рецепторов во многом связано с этим классом неконкурентных антагонистов. Первый детально исследованный канальный блокатор Ч фенциклидин Ч используется в эксперимен тах уже более 30 лет, хотя селективные канальные блокаторы появились лишь в 1980-х гг. (Gorelick, Balster, 1995;
Balster, Willetts, 1996). Фенциклидин, кетамин, а также ряд других арилциклоалкиламинов (рис. 1.4;
многие из них относятся к так называемым "designer drugs") связываются не только с NMDA-рецепторами, но и с фенциклидиновым/о-опиатным рецептором. С последним взаимодействуют 1,3-замещенные диоксоланы (этоксадрол, дексоксадрол), а также некоторые бензо морфаны. При внимательном исследовании паттернов радиолигандного связывания таких о-опиатных агонистов, как N-аллилнорметазоцин, подтверждено независимое существование о-опиатных рецепторов и участков связывания внутри NMDA рецепторного канала и установлено, что психотомиметические свойства фенцикли дина и подобных ему веществ не опосредуются о-опиатными рецепторами (Johnson, Таблица 1.5. Конкурентные антагонисты NMDA-рецепторов Название вещества Предполагаемое Компания- Этап применение разработчик исследования Селфотел (CGS-19755) Инсульт, травма1 Novartis III Ч прекращено D-CPPene(SDZEAA494) Травма1 Novartis II MDL-100453 Эпилепсия, инсульт, Hoechst Marion I нейропатии Roussel AY-12316 Нейропротекция, Wyeth-Ayerst П нейропатии CGP-40116 Инсульт, травма1 Novartis П Ч прекращено CGP-37849 Эпилепсия Novartis П LY-235959 Нейропротекция Eli Lilly П N7 Нейропатии Pfizer П NPC-17742/GPI-3000 Инсульт Guilford + Scios П WAY-126090 Wyeth-Ayerst п SYM-2351* Инсульт Symphony п I-III Ч фазы клинических испытаний;
П Чдоклинические исследования;
? Ч нет данных.
Травма головного мозга.
* Частичный агонист.
1.8. Классификация антагонистов NMDA-рецепторов Дизоцилпин (МК-801) Кетамин Декстрометорфан Мемантин MRZ-2/ Рис. 1.4. Химическая структура некоторых блокаторов канала NMDA-рецепторного комплекса Jones, 1990;
Gorelick, Balster, 1995). История развития и исследования первого селек тивного канального блокатора МК-801 ярко иллюстрирует это положение.
Вещество МК-801 (в последние годы более часто используется название "дизо цилпин"), синтезированное и разработанное фирмой Merck Sharp & Dohme (Вели кобритания), вначале предназначалось для клинического применения при судорож ных расстройствах, ишемиях и травмах головного мозга (Wong et al., 1986;
Johnson, Jones, 1990). Однако предварительные клинические испытания были обескуражива ющими, так как это вещество вызывало нежелательные психотропные эффекты даже в дозах, умеренно эффективных с терапевтической точки зрения (Kemp et al., 1987;
Leppiketal., 1988).
Концепция использования канальных блокаторов основывается на их способности связываться с участком внутри канала только в условиях активации NMDA-рецепто ра, т. е. когда канал открыт ("use-dependency";
см. гл. 1.2.3). Такой своеобразный меха низм действия канальных блокаторов дал основания для предположения, что каналь ные блокаторы будут особенно эффективны в условиях патологической активации NMDA-рецепторного комплекса (Kemp et al., 1987;
Rogawski, 1993). Однако наличие значительного нсихотомиметического потенциала у высокоаффинных канальных бло каторов (фенциклидина, дизоцилпина) препятствует их дальнейшему продвижению в клинику. Тем не менее, эти вещества остаются исключительно полезными как инст рументы исследования (Gorelick, Balster, 1995;
Balster, Willetts, 1996).
Интерес к канальным блокаторам в значительной мере возродился после выявле ния и детального изучения психофармакологического профиля низкоаффинных блокаторов канала, ассоциированного с NMDA-рецептором (табл. 1.6). Эта группа Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс Таблица 1.6. Блокаторы NMDA-рецепторного канала Название вещества Предполагаемое Компания- Этап применение разработчик исследования Амантадин Болезнь Паркинсона, Merz + Co. И Бессонница И Будипин Болезнь Паркинсона, Byk Gulden И головная боль II Мемантин Деменции Merz + Co. И Хроническая боль II Глаукома Allergan II UepecTaT(CNS-1102, Инсульт, травма1 Cambridge III аптиганел) Neuroscience Глаукома Allergan П Декстрометорфан Онкологические Algos III (в комбинации болевые с морфином) синдромы Ремацемид Эпилепсия,инсульт Astra Charnwood ll-lll (FPL-12924) Болезнь Паркинсона Astra Merck II Б-нь Гентингтона Astra Charnwood II Б-нь Альцгеймера Astra Arcus II ARR-15896AR Инсульт Astra Arcus II Эпилепсия п HU-211(дексабинол) Инсульт, травма12 Pharmos II ADCI Эпилепсия,инсульт NIH3, Neurogen I + Wyeth-Ayerst NPS-1506 Нейропротекция, боль.NPS II CNS-5161 Хроническая боль, Cambridge I мигрень Neuroscience BIII-277CL Инсульт Boehringer Ingelheim П Ч прекращено Декстрометорфан Мигрень Algos Interneuron П Декстрометорфан Инсульт Hoffman LaRoche II Декстрометорфан Опиатная Algos П (в комбинации зависимость с метадоном) ES-242S Нейропротекция Kyowa Hakko П Kogyo Co.
FR-115427 Инсульт, травма1 Fujisawa П Ч прекращено Ro-24-6173 Инсульт Roche П WAY-126251 Нейропротекция Wyeth-Ayerst П WIN-63480-2 Инсульт, эпилепсия Sterling Winthrop П Б-нь Гентингтона Б-нь Альцгеймера I-III Ч фазы клинических испытаний;
П Ч доклинические исследования;
И Ч используется в кли нической практике.
'Травма головного мозга. 2 Травма спинного мозга Национальные институты здоровья США 1 8. Классификация антагонистов NMDA-рецепторов включает в себя несколько производных адамантана (амантадин, мемантин), а также много других веществ разных химических групп. Кетамин также относится к низко аффинным канальным блокаторам. Так как психотомиметические свойства кетами на хорошо известны, клиническая безопасность канальных блокаторов, очевидно, определяется не только аффинностью, но и кинетикой взаимодействия вещества с местом связывания.
Данные сравнительной фармакологии различных канальных блокаторов позво лили предположить, что скорость диссоциации комплекса "лиганд-рецептор" явля ется одним из основных факторов, определяющих психотомиметическую актив ность канальных блокаторов (Parsons et al., 1995, 1999). Действительно, вещества с очень быстрой обратной кинетикой и сильно выраженной зависимостью эффектов от мембранного потенциала (например мемантин, амантадин) относительно безо пасны и уже многие годы применяются в клинике для лечения болезни Паркинсона и сенильной деменции (Danysz et al, 1997). Эти данные позволили пересмотреть кон цепцию применения канальных блокаторов.
Гипотеза о повышенной эффективности канальных блокаторов в условиях пато логии основывалась на убеждении, что в подобных условиях NMDA-рецепторы ак тивируются большими концентрациями глутамата, чем в физиологических условиях (см. выше). Такие соображения, видимо, не соответствуют действительности.
В физиологических условиях NMDA-рецепторы активируются миллимолярны ми концентрациями глутамата, которые сохраняются в течение лишь нескольких миллисекунд (Clements et al., 1992;
Clements, 1996). В то же время даже в условиях острой ишемии нервной ткани NMDA-рецепторы активируются низкими микромо лярпыми концентрациями глутамата, но в течение значительно более длительных периодов времени (Benveniste et al., 1984;
Andine et al., 1991;
Hashimoto et al., 1994) Если бы аффинность к канальному участку была единственным параметром, опреде ляющим фармакологическую активность канальных блокаторов, то эффекты этих веществ были бы более выражены в физиологических условиях, нежели в условиях патологии.
Подобно Mg2+ (Nowak et al., 1984), терапевтически безопасные канальные блока торы (как низко-, так и высокоаффинные) способны покидать место связывания в условиях сильной деполяризации (быстрая обратная кинетика, потенциалзависи мость;
Parsons et al, 19936,1995,1999). На основании этого было выдвинуто предпо ложение, что такие вещества наиболее эффективны в условиях длительной стимуля ции NMDA-рецепторов невысокими концентрациями глутамата, что, по всей видимости, является одним из ключевых механизмов патогенеза многих нейродеге неративных расстройств (Rogawski, 1993;
Parsons et al., 1995, 1999).
1.8.3. Антагонисты стрихниннечувствительного глицинового рецептора Еще несколько лет назад перспективы применения антагонистов глициновых рецеп торов были весьма неопределенными из-за трудностей, связанных с плохим проник новением через гематоэнцефалический барьер. Однако на настоящий момент уже известно несколько глициновых антагонистов, которые имеют улучшенный фарма кокинетический профиль, и предварительные данные подтвердили их хороший тера певтический индекс при системном введении (Danysz, Parsons, 1998).
Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс Глициновые антагонисты Ч гетерогенная по химическому строению группа ве ществ (рис. 1.5;
производные кинуреновои кислоты, хинолоны, хиноксалин-2,3-дио ны, бензазегшн-2,5-дионы, трициклические соединения).
С точки зрения взаимодействия с подтипами NMDA-рецепторов глициновые ан тагонисты также не являются однородным классом, так как отдельные представите ли могут предпочтительно связываться с рецепторами, содержащими ту или иную субъединицу NMDAR2 (Woodward et al, 1995;
Priestley et al, 1996 и др.). Особый интерес вызывает тот факт, что большинство известных глициновых антагонистов имеет низкое сродство кNMDAR2D-peuenTopaM, в то время как агонисты лучше все го связываются именно с этим подтипом. Избирательность взаимодействия с подти пами NMDA-рецепторов может в значительной мере определить клиническую эф фективность вещества. Например, GV-150256, разрабатываемое фирмой Glaxo Wellcome для применения при инсультах, обладает исключительно благоприятным спектром психотропной активности и не вызывает побочных эффектов, что связыва ют с селективным воздействием на конкретные (еще не установлены) подтипы NMDA-рецепторов (Parsons et al., 1998, с. 551).
Уже отмечалось (см. гл. 1.6), что кинуреиовая кислота является эндогенным ан тагонистом стрихниннечувствительного глицинового рецептора. Этот факт лежал в основе многих направлений поиска экспериментального фармакологического воз действия на глициновый участок NMDA-рецепторного комплекса (см., например, табл. 1.7). Во-первых, направленный синтез и исследования связи структура-актив ность в ряду аналогов кинуреновои кислоты позволили выявить несколько селектив ных глициновых антагонистов (например 7-хлоркинуреновая кислота). Во-вторых, по-прежнему привлекательной представляется возможность модуляции баланса эн догенных агонистов и антагонистов за счет повышения концентрации кинуреновои кислоты или ее аналогов. Это может быть достигнуто двумя способами: введением пролекарств или посредством вмешательства в метаболизм кинуренинов. Пролекар ства представляют собой эфиры или амиды производных кинуреновои кислоты, ко Кинуреновая кислота НА- АСЕА-1021 MRZ-2/ Рис. 1.5. Химическая структура некоторых глициновых антагонистов NMDA-рецепторов 1.8. Классификация антагонистов NMDA-рецепторов Таблица 1.7. Антагонисты глицинового участка NMDA-рецепторного комплекса Название вещества Предполагаемое Компания- Этап применение разработчик исследования АСЕА-1021 (ликостинел) Инсульт CoCensys III Травма' I Боль И D-Циклосерин2 Деменции Searle I I --П GV-150526 Инсульт Glaxo Wellcome III АСРС2 Инсульт, депрессия Symphony I ZD-9379 Инсульт, боль Zeneca II 4-Кинуренин3 Б-нь Гентингтона Университет П штата Мериленд 7-Хлортиокинуреновая Нейропротекция Fidia П кислота Фелбамат4 Эпилепсия Carter-Wallace И-- прекращено GV-196771A Хроническая боль Glaxo Wellcome I L-701252 Эпилепсия Merck П- - прекращено L-701324 Нейропротекция, Merck П- - прекращено боль, нейролепсия М-244249 Инсульт Zeneca П- - прекращено М-241247 Инсульт Zeneca П- - прекращено MDL-29951 Нейропротекция Hoechst Marion П Roussel MDL-100748 Эпилепсия Hoechst Marion П Roussel SM-18400 Инсульт, эпилепсия Sumimoto П FCE-2883A Нейропротекция Pharmacia & Upjohn П (PNU-156561A) Индол-3-пируват6 Анксиолитик? Polifarma П I-III Ч фазы клинических испытаний;
П Ч доклинические исследования;
И Ч используется в кли нической практике Травма головного мозга. 2 Частичный агонист. 3 Пролекарство.
Последние данные указывают на другой механизм действия Ч блокаду канала, ассоциирован ного с NMDA-рецептором (Subramamam etal., 1995).
Ингибитор кинуренингидроксилазы.
Кето-аналог триптофана (смещение баланса кинуренат-хинолинат в сторону кинуреновой кислоты).
торые характеризуются значительно улучшенной липофильностыо, или вещества, продуктом метаболизма которых являются высокоаффинные антагонисты глицино вых рецепторов (например 4-хлоркинуренин^7-хлоркинуреновая кислота).
В то же время повышение концентрации эндогенной кинуреновой кислоты может быть вызвано введением ингибиторов синтеза хинолиновой кислоты (фермент Ч 34 Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс кинуренин-3-гидроксилаза). Эти ингибиторы снижают концентрацию эндогенного агониста хинолиновой кислоты, повышая при этом концентрацию кинуреновой кис лоты за счет облегчения альтернативных путей метаболизма (кинуренинамино трансферазный путь;
см. гл. 1.6).
Другим перспективным направлением, связанным с модуляцией стрихнин нечувствителыюго глицинового рецептора, является разработка частичных агонис тов этих рецепторов. Концепция "частичного агонизма" была разработана более 40 лет назад (см. обзор Jasper, 1992), и возможности применения частичных агонис тов основываются на бимодальном действии этих веществ. С одной стороны, частич ные агонисты повышают стимуляцию рецепторов в тех регионах мозга, где концент рации эндогенных агонистов снижены. С другой стороны, частичные агонисты защищают рецепторы от избыточной стимуляции в областях с повышенной концент рацией эндогенных агонистов, но при этом сохраняют возможность осуществления физиологических функций. Интересно, что первым обнаруженным относительно се лективным антагонистом глициновых рецепторов было вещество НА-966, которое впоследствии оказалось частичным агонистом.
Основным преимуществом полных антагонистов перед агонистами-антагониста ми является то, что полные антагонисты в большей степени способны "восстанавли вать" глицинзависимую форму десенситизации NMDA-рецепторов, запускаемую глутаматом и тормозимую глицином. Например, в условиях ишемии нервной ткани повышается внеклеточная концентрация не только глутамата, но и глицина. Повы шение концентрации глицина не столь выражено, как для глутамата, но зато сохра няется в течение значительно большего периода времени (Globus et al., 1991).
Физиологический смысл десенситизации состоит в том, чтобы предотвратить нейротоксические эффекты длительной стимуляции NMDA-рецепторов (вслед ствие высвобождения глутамата), но при этом не нарушать процессы, запускаемые краткосрочной преходящей стимуляцией. Учитывая тот факт, что глицинзависимая десенситизация Ч более медленный процесс (300-500 мс), чем синаптическая акти вация NMDA-рецепторов (100-200 мс;
Clements et al., 1992), можно предположить, что глициновые антагонисты будут избирательно угнетать эффекты длительной сти муляции NMDA-рецепторов (например при ишемии) и оказывать меньшее влияние на возбуждающие постсинаптические потенциалы.
Возможно, что благодаря влиянию на глицинзависимую десенситизацию глици новые антагонисты могут различать отдельные формы синаптической пластичнос ти Ч более быстрые (память и обучение в классическом понимании) и более медлен ные (например лекарственная толерантность и зависимость, хронические болевые синдромы).
1.8.4. Антагонисты полиаминового рецептора Ифенпродил был разработан как ссгадреноблокатор и вначале предназначался для применения с целью улучшения мозгового кровообращения (Carter et al., 1997).
Ифенпродил подвергается быстрой деградации в печени, и поэтому была синтезиро вана серия его аналогов с целью ограничения метаболизма в печени. Одно из этих веществ Ч элипродил (SL-82.0715) Ч оказалось селективным антагонистом поли аминовых рецепторов и само послужило прототипом для разработки серии антаго нистов NMDA-рецепторов (рис. 1.6).
1.8. Классификация антагонистов NMDA-рецепторов Инфенпродил Элипродил СР-101. Галоперидол Рис. 1.6. Химическая структура некоторых полиаминовых антагонистов NMDA-рецепторов Полиаминовые антагонисты Ч это пока еще относительно малочисленная группа модуляторов NMDA-рецепторного комплекса (табл. 1.8), хотя они и обладают це лым рядом весьма интересных свойств, определяющих пристальное внимание иссле дователей. Во-первых, в отличие от других классов антагонистов NMDA-рецепто ров, описанных ранее, механизм модулирующего воздействия полиаминовых антагонистов лучше всего описывается термином "модуляция", а не "антагонизм" или "блокада". Из-за широкой распространенности NMDA-рецепторов в ЦНС и их участия в регуляции большинства физиологических функций наибольшие перспек тивы для клинического применения имеют вещества, оказывающие умеренное (ограниченное) воздействие на активность NMDA-рецепторного комплекса (как на пример частичные агонисты глициновых рецепторов, см. гл. 1.8.З.). Полиаминовые антагонисты не вытесняют агонисты или коагонисты из мест связывания и не блоки руют напрямую сам ионофор, т. е. канал, ассоциированный с NMDA-рецепторным комплексом, однако способны блокировать потенциалзависимые кальциевые кана лы L- и N-типов (Carter et al, 1997).
Во-вторых, полиаминовые антагонисты избирательно связываются с NMDAR2B рецепторами (Avenet et al., 1997). NMDAR2B-cyбъeдиницa наиболее широко пред ставлена в переднем мозге и, в частности, в структурах лимбической системы, а так 36 Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс Таблица 1.8. Антагонисты полиаминового участка NMDA-рецепторного комплекса и ЫМОАП2В-селективные антагонисты Название вещества Предполагаемое Компания- Этап применение разработчик исследования Элипродил Инсульт Synthelabo III Ч прекращено Травма1 III Ифенпродил Периферическое Synthelabo И (Валидекс) кровообращение СР-101,606 Инсульт, травма1 Pfizer II ?
EMD-95885 Merck П Ro-25-6981 Инсульт Roche П I-III Ч фазы клинических испытаний;
П Ч доклинические исследования;
И Ч используется в кли нической практике.
Травма головного мозга.
же в гиппокампе (Ishii et al., 1993). Поэтому фармакологический анализ эффектов полиаминовых антагонистов может представлять едва ли не самый значительный интерес для психофармакологии.
Помимо ифенпродила и элипродила известны еще несколько селективных NMDAR2B-aHTaroHHCTOB, и некоторые из них являются структурными аналогами элипродила (например СР-101,606). NMDAR2B-aHTaroHHCTbi связываются с участ ком, отличным от полиаминового, но способны аллостерически модулировать связы вание с полиаминовым и глициновым участками (Carter et al., 1997).
В-третьих, недавно было обнаружено, что ифенпродил и его аналоги ингибируют NMDA-рецепторный комплекс, делая его более чувствительным к угнетающему дей ствию протонов. Более того, низкие значения рН при ишемии увеличивают актив ность ифенпродила и его аналогов. Существует мнение, что клинически эффектив ный и безопасный антагонист NMD А-рецепторов не должен блокировать рецепторы в нормальной (здоровой) ткани. Поэтому всерьез рассматривают перспективы созда ния аналогов ифенпродила, которые будут проявлять незначительную активность при физиологических значениях рН, но у которых активность будет значительно возрастать при закислении среды.
В-четвертых, один из наиболее важных "молекулярных" эффектов полиамино вых антагонистов Ч уменьшение аффинности глицинового участка к агонистам (табл. 1.4). С функциональной точки зрения этот эффект описывают как сдвиг кри вой "доза (концентрация)-эффект" для глицина вправо до тех пор, пока не будет до стигнут максимум, соответствующий конкретной дозе/концентрации полиаминово го антагониста. В то же время очевидно, что колебания в аффинности глицинового участка к агонистам не имеют функционального значения, если концентрация агони ста (глицина) насыщающая. Поэтому полиаминовые антагонисты не будут угнетать активность NMDA-рецепторного комплекса, если глицин присутствует в насыщаю щих концентрациях (Carter et al., 1997). Есть убедительные свидетельства того, что концентрация глицина претерпевает значительные изменения в процессе онтогенеза и неодинакова в разных областях ЦНС (например насыщающие концентрации 1.8. Классификация антагонистов NMDA-рецепторов в спинном мозге на ранних этапах развития), и можно утверждать, что в физиологи ческих условиях глицин не всегда присутствует в насыщающих концентрациях (Danysz, Parsons, 1998).
Последняя отличительная особенность полиаминовых антагонистов Ч функцио нальный частичный агонизм. Помимо аллостерических взаимодействий с глицино вым рецептором, полиаминовые антагонисты модулируют глутаматный распознаю щий участок и влияют на кинетику каналообразующих белков. Предполагают, что ифенпродил и элипродил потенцируют активность NMDA-рецепторного комплекса при низких концентрациях глутамата путем увеличения аффинности глутаматного участка, а при высоких концентрациях глутамата снижают активность NMDA рецепторного комплекса за счет снижения вероятности открытого состояния канала (KewetaL, 1996).
Полиаминовые антагонисты характеризуются исключительно медленной кине тикой связывания с рецептором и диссоциируют от NMDA-рецептора при отсут ствии глутамата, который в обычных условиях повышает их сродство (см. табл. 1.4).
Теоретически, это могло бы означать, что полиаминовые антагонисты не нарушают нормальные физиологические функции глутаматергической передачи, так как они связываются слишком медленно, несмотря на высокие концентрации глутамата, сопровождающие относительно быструю передачу физиологического сигнала.
И наоборот, во время длительной патологической стимуляции (ишемия или судо рожная активность) ингибирующее действие полиаминовых антагонистов успевает развиться.
И наконец, учитывая тот факт, что NMDA-рецепторы большинства нейронов в переднем мозге содержат в своем составе субъединицы NR2 А и NR2B в одинаковой пропорции (1 : 1), неудивительно, что NR2B-ceлeктивныe антагонисты (как напри мер полиаминовые антагонисты ифенпродил и элипродил) ингибируют активность этих нейронов не более чем на 40-50 %.
Способность полиаминовых антагонистов действовать как функциональные час тичные агонисты в значительной мере объясняет исключительно благоприятный спектр их действия.
Интерес к ионотропным глутаматным рецепторам не ограничивается вышеописан ными веществами. Способностью угнетать активность NMDA-рецепторного комп лекса обладают многие общие анестетики (например закись азота), а также этанол (Lovinger, 1997;
Faingold et al., 1998;
Jevtovic-Todorovic et al., 1998a;
Yamakura, Shimoji, 1999). Модуляция He-NMDA-рецепторов также привлекает большое внима ние, и в табл. 1.9 представлена информация о потенциально интересных антагонис тах и модуляторах He-NMDA-рецепторов. Активность как NMDA-, так и He-NMDA рецепторов может регулироваться веществами, влияющими на метаболизм и транспорт глутамата (и аспартата). Известные к настоящему времени вещества (табл. 1.10) влияют либо на пресинаптическое высвобождение глутамата, либо на ключевые ферменты биосинтеза глутамата.
Глава 1. NMDA-рецепторный комплекс Таблица 1.9. Антагонисты и позитивные модуляторы АМРА-рецепторов Название вещества Предполагаемое Компания- Этап применение разработчик исследования ZK-200775 Травма1 Schering ll-lll LY-300164 Эпилепсия, Lilly l-ll нейропротекция YM-90K Инсульт Yamanouchi l-ll YM-872 Инсульт Yamanouchi П LY-293558, LY215490) Боль, нейропротекция Lilly I NS-1201 Нейропротекция NeuroSearch П PNQX(PD-152247) Инсульт Parke-Davis + П NeuroSearch NBQX Инсульт Novo Nordisk Schering I Ч прекращено SYM-2207 Инсульт, деменция Symphony n SYM-2206 Инсульт, эпилепсия Symphony П SYM-20812 Боль Bearsden Bio П Ампакины (Ампалекс)3 Деменция, Cortex II шизофрения l-ll S-18986-13 Деменция Servier П IDRA-213 Деменция Fidia П l-lll Ч фазы клинических испытаний;
П Ч доклинические исследования;
И Ч используется в кли нической практике.
Травма головного мозга.2 Антагонист каинатных рецепторов.3 Позитивные модуляторы.
Таблица 1.10. Ингибиторы высвобождения глутамата Название вещества П редполагаемое Компания- Этап применение разработчик исследования Ламотриджин Эпилепсия Glaxo Wellcome И (Ламиктал) DuPont/Merck l-lll Рилузол(Рилутек) БАС1 Rhone-Poulenc Rorer И Деменция, эпилепсия ll-lll BW-619C Инсульт GlaxoWellcome III Ч прекращено Фосфенитоин Инсульт Parke-Davis II (Церебикс) MS-153(MS-424) Инсульт Mitsui II Ингибиторы синтеза Нейропротекция, Guilford П глутамата боль l-lll Ч фазы клинических испытаний;
П Чдоклинические исследования;
И Ч используется в кли нической практике.
Боковой амиотрофический склероз.
Нейро- и психотропные свойства антагонистов NMDA-рецепторов Наличие большого количества глутаматных рецепторов в различных отделах нерв ной системы, их уникальная физиологическая роль указывают на перспективность применения соединений, влияющих на глутаматергическую нейромедиаторную сис тему, в качестве лекарственных средств различного типа действия (противосудорож ных, противоишемических, нейропротективных средств, анальгетиков и т. д.).
По-этому не удивительно, что все крупнейшие фармацевтические компании мира имеют обширные исследовательские программы, направленные на создание лекар ственных средств на основе лигандов глутаматных рецепторов (см. табл. 1.5-1. в предыдущей главе).
В этой главе мы попытаемся проанализировать основные тенденции и перспекти вы создания новых лекарственных средств, в основе действия которых лежит регуля ция функций NMDA-подтипа ионотропных глутаматных рецепторов. Способность антагонистов NMDA-рецепторов подавлять развитие и проявление лекарственной (в первую очередь, опиатной) толерантности и зависимости подробно рассмотрена в гл. 3 и 4. Данное направление вызывает особый интерес по нескольким причинам.
Во-первых, антагонисты NMDA-рецепторов значительно усиливают опиатную анальгезию (гл. 2.6.3), что в сочетании с их способностью угнетать развитие толерант ности (см. гл. 3) увеличивает терапевтическую эффективность опиатных анальгети ков. Во-вторых, антагонисты NMDA-рецепторов ослабляют мотивационные свой ства наркотиков, включая опиаты, и увеличивают тем самым терапевтическую безопасность опиатных анальгетиков (см. гл. 5). В-третьих, фенциклидиноподобные канальные блокаторы сами по себе обладают выраженным аддиктивным потенциа лом (см. гл. 2.7.1), а повторное введение антагонистов NMDA-рецепторов может со провождаться развитием толерантности к их эффектам (см. гл. 2.7.3). Интерес вызы вает прежде всего то, что в пределах одной фармакотерапевтической концепции (блокада NMDA-рецепторного комплекса) возможен поиск веществ с абсолютно не совместимыми, на первый взгляд, эффектами. В-четвертых, противосудорожные (см. гл. 2.1), анксиолитические (см. гл, 2.5) и антидепрессантные (см. гл. 2.4) свой ства антагонистов NMDA-рецепторов могут оказаться исключительно полезными в терапии абстинентных состояний.
2.1. Судорожные расстройства Регуляция нейрональной возбудимости Ч это одна из основных физиологических функций глутаматергической системы (см. гл. 1.3.1). Агонисты глутаматных рецеп торов вызывают повышение нейронной активности, и их введение сопровождается развитием судорог. Практически сразу же после появления конкурентных антагони стов NMDA-рецепторов стала изучаться возможность их использования в качестве противосудорожных препаратов (Meldrum, 1985). Накоплено большое количество экспериментальных данных о выраженном противосудорожном действии антагони стов NMDA-рецепторов различных классов Ч конкурентных антагонистов, каналь 40 Глава 2. Нейро- и психотропные свойства антагонистов NMDA-рецепторов ных блокаторов, глициновых антагонистов (Meldrum, 1995;
Chapman, 1998;
Loscher, 1998).
Антагонисты NMDA-рецепторов проявляют противосудорожную активность на моделях как клонических, так и тонических судорог: аудиогенных судорог;
лимби ческих судорог, вызванных пилокарпином;
судорог, вызванных коразолом, макси мальным электрошоком;
генерализованного судорожного припадка после транскра ниалыгого электрошока;
генетически детерминированных судорожных состояний;
судорог, вызванных внутримозговым или системным введением агонистов NMDA рецепторов (табл. 2.1). Менее выраженная активность обнаружена на модели судо рог, индуцированных низкочастотной стимуляцией таламических ядер,Ч аналог эпилептического припадка типа абсанса у людей (Marescaux et al., 1992). Судорож ная активность вследствие "раскачки миндалины" (повторная электрическая стиму ляция миндалевидного комплекса Ч аналог парциальной эпилепсии у человека) так же снижалась при введении некоторых антагонистов NMDA-рецепторов (Croucher et al., 1992;
Chapman et al., 1995;
Croucher et al., 1997;
см., однако, Cotterell et al., 1992;
Loscher, 1993, 1998). Последние данные представлялись особенно обнадеживающи ми, так как этот тип судорог остается наиболее резистентным к действию многих противосудорожных препаратов, а ведь парциальная форма эпилепсии составляет большую (75 %) долю в структуре судорожных расстройств (Loscher, 1993;
Croucher etal, 1995;
Loscher, 1998).
Интерес к развитию новых антиконвульсантов на основе антагонистов NMDA рецепторов объясняется существованием предположений об эффективности этих веществ при некоторых формах судорожных расстройств, ранее резистентных к те рапии. Выявлено, что некоторые конкурентные антагонисты при внутримозговом введении проявляют более сильное противосудорожное действие, чем классический антиконвульсант диазепам (Meldrum, 1985). И все же кажется маловероятным, что антагонисты NMDA-рецепторов смогут в ближайшее время заменить бензодиазепи ны и барбитураты как средства выбора противосудорожной терапии.
Несмотря на положительные результаты, полученные в экспериментальных ис следованиях, клинические испытания пока не привели к созданию эффективных и безопасных средств. Высокоаффинные канальные блокаторы (типа дизоцилпина) в терапевтически эффективных дозах вызывают выраженные нарушения координа ции, атаксию, психомоторное возбуждение (Leppik et al., 1988;
Chapman, Meldrum, 1993;
Baran et al., 1994). Низкоаффинные блокаторы (ремацемид, ADCI, ARR Таблица 2.1. Терапевтический потенциал антагонистов NMDA-рецепторов при судорожных расстройствах Тип судорог Канальные Конкурентные Глициновые Полиаминовые блокаторы антагонисты антагонисты антагонисты Генерализованные + + + Парциальные - - + + Лекарственный + + + + абстинентный синдром При сочетанием применении с глициновыми антагонистами.
2.1. Судорожные расстройства 41_ 15896AR) не оказывают выраженного побочного действия, но об их эффективности можно будет судить лишь по завершении III фазы клинических испытаний. Предва рительные данные указывают на то, что ремацемид действительно снижает частоту судорожных припадков у больных эпилепсией, устойчивой к традиционной терапии (Davies, 1997). Результаты доклинических исследований не оставляют сомнений в том, что низкоаффинные блокаторы характеризуются лучшим терапевтическим индексом по сравнению с высокоаффинными блокаторами (Parsons et al., 1995;
Palmer et al., 1999;
Parsons et al., 1999 и др.).
Результаты первых клинических испытаний конкурентных антагонистов (п-СРРепе / SDZ ЕАА 494) также были обескураживающими (Herrling et al., 1997).
Испытания проводились на больных, резистентных к традиционной противоэпилеп тической терапии. У большинства больных наблюдались выраженные побочные эф фекты, включая атаксию, седативное действие, нарушения сна и т. д. Наиболее не ожиданным оказалось то, что у части пациентов противосудорожный эффект препарата вообще не проявился, судороги даже усилились.
Все это заставило исследователей обратить внимание на тот факт, что на модели судорог, вызванных "раскачкой миндалины", антагонисты NMDA-рецепторов по давляют развитие этих судорог, но малоэффективны, когда судорожная активность уже запущена. Более того, похоже, что побочные эффекты антагонистов NMDA рецепторов даже усиливаются у животных с судорожной активностью, вызванной "раскачкой миндалины" (Wlaz et al., 1998). Электрофизиологические и молекуляр но-биологические данные подтверждают наличие у этих животных повышенной чувствительности NMDA-рецепторов к агонистам и изменений в экспрессии генов (Kohr, Mody, 1994;
Al-Ghoul et al., 1997;
Croucher et al., 1997;
Doriat et al., 1998), соот ветствующих определенным субъединицам NMDA-рецепторов (NMDAR2B, 2D).
Значение таких адаптивных изменений пока остается непонятным, хотя у больных эпилепсией также наблюдают повышение концентрации мРНК для ионотропных глутаматных рецепторов и изменения в субъединичной композиции NMDA-рецеп торов (Mathern et al., 1997;
и др.).
Различная эффективность антагонистов NMDA-рецепторов на этапах выработки и экспрессии судорог у экспериментальных животных, а также результаты испыта ний D-CPPene (SDZ EAA 494) позволяют считать большинство существующих мо делей эпилепсии неадекватными для скрининга веществ, которые были бы эффек тивны у пациентов, подверженных судорожным припадкам в течение длительного времени (Loscher, 1993, 1999).
Если спектр побочных эффектов действительно окажется одним из основных факторов, ограничивающих клиническое применение антагонистов NMDA-рецепто ров в качестве средств нротивосудорожной терапии, то возможно, что больший ак цент в поиске и исследовании новых антагонистов NMDA-рецепторов следует де лать на веществах, селективно связывающихся с тем или иным подтипом NMDA-рецепторов. Хотя подобные исследования Ч дело будущего, анализ действия лигандов различных модуляторных участков, которые характеризуются неоднород ным нейроанатомическим распределением (см. гл. 1) может представлять интерес уже сейчас.
Примером эффективности такого подхода служат исследования антагонистов глицинового участка NMDA-рецепторного комплекса. В гл. 1.8.3 обосновывается, 42 Глава 2, Нейро- и психотропные свойства антагонистов NMDA-рецепторов почему глициновые антагонисты могут избирательно влиять на патологические про цессы, не затрагивая физиологические функции NMDA-рецепторного комплекса.
Большинство известных глициновых антагонистов и частичных агонистов проявля ют отчетливую противосудорожную активность (Danysz, Parsons, 1998), спектр ко торой может даже превышать таковой у диазепама и канальных блокаторов NMDA рецепторов (например на модели судорог, вызванных введением каиновой кислоты;
Baran et al, 1994). Интерес к антагонистам глицинового участка объясняется еще и тем, что концентрации эндогенного антагониста кинуреновой кислоты значитель но понижены у больных эпилепсией (Yamamoto et al., 1995).
Один из антагонистов глицинового участка Ч фелбамат, обладавший высокой противосудорожной активностью на экспериментальных моделях тонических (мак симальный электрошок), клонических (коразоловый тест) и фокальных ("раскачка") судорог, успешно прошел клинические испытания и применялся при генерализован ных и парциальных судорожных припадках (Burdette, Sackellares, 1994). Фелбамат являлся единственным противоэпилептическим средством, эффективным в терапии синдрома Lennox-Gastaut (форма эпилепсии, считающаяся особенно устойчивой к лекарственной терапии). Однако клиническое применение фелбамата было приос тановлено из-за выраженных побочных эффектов (гипопластические анемии).
Ввиду того что будущее монотерапии судорожных расстройств антагонистами NMDA-рецепторов пока еще весьма неопределенно, одним из перспективных на правлений является сочетанное применение антагонистов NMDA-рецепторов и дру гих средств антиконвульсантной терапии (Czuczwar et al., 1996). Более того, антаго нисты NMDA-рецепторов различных классов также проявляют синергизм на моделях судорог. Например, на модели "раскачки миндалины" однократное сочетан ное введение глицинового (L-701,324) и полиаминового (ифенпродил) антагонистов оказывает противосудорожное действие, которое не сопровождается усилением по бочных эффектов (Ebert et al., 1997). Подобные результаты полностью согласуются с данными об аллостерическом взаимодействии глицинового и полиаминового учас тков NMDA-рецепториого комплекса. В частности, полиаминовые антагонисты спо собны усиливать связывание глициновых антагонистов, и наоборот (Voltz et al., 1994). Напротив, сочетанное применение конкурентных и полиаминовых антагонис тов представляется крайне нежелательным ввиду того, что полиаминовые антагони сты уменьшают связывание конкурентных антагонистов, и наоборот (табл. 1.4).
Интересные данные получены и при сочетанном введении частичного агониста глициновых рецепторов (АСРС), который почти в 8 раз увеличивал противосудо рожную активность D-CPPene (Meldrum, 1995). Предполагается также, что эффек тивной окажется комбинация антагонистов NMDA- и He-NMDA-рецепторов (Loscher, 1993). В подтверждение этой гипотезы недавно была продемонстрирована высокая противосудорожная активность вещества, сочетающего в себе свойства гли цинового антагониста и антагониста He-NMDA-рецепторов (Potschka et al., 1998).
Однако и здесь перспективы небезоблачны, так как установлено, что угнетающее действие антагонистов NMDA- и He-NMDA-рецепторов значительно усиливается при их сочетанном применении (Borday et al., 1998).
Ввиду того что NMDA-рецепторы играют важную роль в развитии и экспрессии лекарственной зависимости и синдромов отмены (см. гл. 4), антагонисты NMDA рецепторов могут найти применение также в качестве средств профилактики и тера 2.2. Ишемии головного мозга пии судорожных состояний, связанных с алкогольным, бензодиазепиновым, барби туратным абстинентными синдромами (Dunworth, Stephens, 1998;
Tsai, Coyle, 1998;
и др.). Такую возможность подтверждают экспериментальные данные о том, что бен зодиазепиновый абстинентный синдром сопровождается повышенной экспрессией NMDA-рецепторов (Tsudaetal., 1998a).
Особый интерес вызывает тот факт, что на моделях абстинентных судорог актив ность проявляют антагонисты NMDA-рецепторов даже тех классов, представители которых неэффективны в других, более привычных тестах на противосудорожную активность (Kotlinska, Liljequist, 1996;
Tsudaetal., 19976). Например, полиаминовый антагонист ифенпродил предотвращает снижение судорожного порога у животных после отмены диазепама (модель судорог, вызванных коразолом;
Tsuda et al., 19976).
Отсутствие активности у ифенпродила (и возможно, других NMDAR2B-aHTaroHnc тов) в стандартных тестах коррелирует с низким уровнем экспрессии субъединицы NMDAR2B в мозге взрослых животных (Tsuda et al., 1997а,б;
табл. 1.3). В то же вре мя, противосудорожная активность полиаминовых антагонистов может проявляться при сочетанном применении их с представителями других классов антагонистов NMDA-рецепторов (например с глициновыми антагонистами;
Ebert et al., 1997;
см.
также гл. 1.8.4).
2.2. Ишемии головного мозга Массивное высвобождение глутамата и других возбуждающих аминокислот во вре мя ишемии или при травме нервной ткани выявлено в многочисленных микродиа лизных исследованиях (Benveniste et al., 1984;
Globus et al., 1991;
Matsumoto et al., 1996). Более того, установлено, что в спинномозговой жидкости и плазме больных с прогрессирующими ишемическими инсультами или с травмами головного мозга наблюдается увеличение концентрации глутамата и глицина (Palmer et al., 1994;
Castillo et al., 1997). Избыточное высвобождение глутамата per se Ч один из ключе вых, но не единственный механизм гибели нейронов в условиях ишемии и при трав ме, когда энергетические ресурсы клетки весьма ограничены. Необходимо учитывать и то, что увеличивают чувствительность нейронов к глутамату такие, например, фак торы, как снижение мембранного потенциала покоя, повреждение внутриклеточных кальциевых буферных систем. Кроме того, не следует забывать о существенной роли окислительного стресса, воспаления и повреждения гематоэнцефалического барьера (Obrenovitch, Urenjak, 1997). При травме головного мозга одним из механизмов по вреждения считают ослабление магниевой блокады NMDA-рецепторов (Zhang et al., 1996), что может объяснять ббльшую эффективность канальных блокаторов по срав нению с конкурентными антагонистами (Golding et al., 1995).
Имеющийся экспериментальный материал свидетельствует о выраженных ней ропротективных свойствах антагонистов NMDA-рецепторов (табл. 2.2). Например, на модели ишемии мозга, вызванной перевязкой средней мозговой артерии (модель фокальной ишемии), выявлено наличие выраженных нейропротективных свойств у блокатора канала NMDA-рецепторного комплекса Ч CNS-1102 (аптиганел, церес тат) (Minematsu et al., 1993). Это соединение, не влияя на большинство физиологи ческих параметров организма (температура тела, артериальное давление и т. д.), при водило к снижению на 66 % зоны некроза в коре, гиппокампе и хвостатом ядре, что 44 Глава 2. Нейро- и психотропные свойства антагонистов NMDA-рецепторов Таблица 2.2. Терапевтический потенциал антагонистов NMDA-рецепторов при ишемиях головного мозга Введение Канальные Конкурентные Глициновые Полиаминовые блокаторы антагонисты антагонисты антагонисты Острое + Отсроченное + + ? ?
Профилактическое + + + ?
сопровождалось положительной динамикой неврологической симптоматики. Эф фект наблюдался как при профилактическом, так и при отсроченном введении веще ства через 5 (!) ч после начала ишемии.
В экспериментальных условиях антагонисты NMDA-рецепторов эффективно противодействуют различным проявлениям ишемии мозговой ткани. Они влияют не только на размеры инфаркта, но и на метаболические нарушения и некоторые элек трофизиологические феномены (например распространяющаяся корковая депрес сия), которые усугубляют последствия ишемии (Tatlisumak et al., 1998).
К сожалению, в клинических испытаниях пока что не подтверждено наличия зна чимой противоишемической активности у антагонистов NMDA-рецепторов. Отри цательные результаты были получены в отношении церестата (аптиганел;
Knapp et al., 1997), селфотела (CGS-19755;
Schmutz et al., 1997), элипродила (Carter et al., 1997). Клинические испытания этих средств были приостановлены по причине не значительной их эффективности при терапевтически безопасных дозировках (Parsons et al., 1998).
В целом, при поиске эффективных противоишемических препаратов среди анта гонистов NMDA-рецепторов сложилась такая же ситуация, как и при поиске проти восудорожных веществ Ч выраженность нежелательных побочных эффектов не по зволяет рассчитывать на их клиническое применение. Чтобы решить эту проблему, необходимо пересмотреть общие принципы поиска.
Во-первых, по-прежнему неизвестно, насколько существенна избирательность ис следуемых антагонистов по отношению к различным подтипам NMDA-рецепторов.
Именно с подобной избирательностью, вероятно, связаны успехи в еще не завершен ных испытаниях глициновых антагонистов GV-150526 и ликостинела (АСЕА-1021) (Albers et al., 1999;
Dyker, Lees, 1999). Возможно, что необходимую избирательность в отношении подтипов NMDA-рецепторов проявляют некоторые модуляторы этого рецепторного комплекса, такие как прегненолон (и другие нейростероиды), оказываю щие отчет ливое нейропротективное действие вследствие ингибирующего влияния на активность NMDA-рецепторного комплекса (Weaver et al., 1997).
Во-вторых, большее внимание следует уделить изучению возможностей примене ния низкоаффинных канальных блокаторов с профилактической целью у пациентов из группы риска развития церебральной ишемии. Существуют несколько подобных веществ, уже разрешенных к клиническому использованию в большинстве стран, включая Россию,Ч мемантин, декстрометорфан. Обладая отчетливой церебропро текторной активностью, эти вещества не вызывают значительных побочных эффек тов и вполне могут использоваться в клинике в качестве эффективных средств при 2.2. Ишемии головного мозга ишемиях мозга различного генеза (см., например, Kornhuber et al, 1994;
низкая эф фективность при травмах Ч von Euler et al., 1997). Профилактическое применение антагонистов NMDA-рецепторов подразумевает также использование их перед или во время хирургических манипуляций, сопровождающихся временным ограничени ем мозгового кровотока (сосудистые аневризмы, опухоли, каротидная эндартерэк томия и т. д.) и, как следствие, чреватых возникновением "интраоперационных" ин сультов (Schmutz et al., 1997).
В-третьих, экспериментальные методы моделирования, видимо, не совсем соот ветствуют характеру ишемического повреждения в реальных клинических условиях.
Так, выявлено, что острая (но не отсроченная) эффективность некоторых антагонис тов NMDA-рецепторов в эксперименте во многом объясняется гипотермией, разви вающейся при введении этих веществ и повышающей устойчивость мозга к гипоксии (Buchan, Pulsinelli, 1990;
Corbett et al., 1990;
Dietrich et al., 1995). Возможно, что с точки зрения использования в клинике не так уж важно, что является основным механизмом действия эффективного лекарственного средства, и пока не ясно, оказы вают ли антагонисты NMDA-рецепторов гипотермическое действие у людей.
Недостатком большинства экспериментальных исследований является использо вание методик необратимой фокальной или преходящей глобальной ишемии, не со всем точно отражающих характер ишемии, наблюдаемой в клинических условиях.
Это делает такие исследования малопригодными для прогнозов относительно перс пектив клинического использования антагонистов NMDA-рецепторов. Модели транзиторной фокальной ишемии (например в бассейне средней мозговой артерии) представляются наиболее адекватными для этих целей. Следует также отметить, что из-за этических соображений экспериментальные исследования обычно выполняют под анестезией.
Кроме того, в экспериментальных исследованиях антагонисты NMDA-рецепто ров обычно вводят до или сразу после ишемии, что не позволяет оценить свойства, наиболее востребованные в клинике, т. е. эффективность при отсроченном примене нии. Известно, что при экспериментальной ишемии-реперфузии наблюдают два пика выброса глутамата Ч первый приблизительно через 30 мин, а второй Ч через 2-4 ч после реперфузии. Выраженность именно второго пика хорошо коррелирует с размерами инфаркта (Matsumoto et al., 1996), что указывает на возможную эффек тивность антагонистов NMDA-рецепторов при отсроченном применении и на необ ходимость длительного введения этих веществ после ишемии в условиях экспери мента (Steinberg et al., 1995).
Необходимость отсроченного применения антагонистов NMDA-рецепторов под тверждается еще и данными о том, что глутаматергическая система задействована в патогенезе вторичных (так называемых "транснейрональных") повреждений. На пример, в экспериментах с обратимой окклюзией средней мозговой артерии установ лено, что отсроченное (через 24 ч !) введение антагониста NMDA-рецепторов (МК 801) не вызывает значительного улучшения в первичных зонах поражения (кора, полосатое тело), но действительно способно предотвратить вторичные повреждения (например, в черной субстанции;
Yamada et al., 1996). В эксперименте выявлено так же, что введение антагонистов NMDA-рецепторов через 3 дня после глобальной или фокальной ишемии оказывает нейропротективное действие в зонах вторичного по ражения (Dietrich et al., 1995).
46 Глава 2. Нейро- и психотропные свойства антагонистов NMDA-рецепторов Для лечения ишемических поражений головного мозга, так же как и для противо судорожной терапии, может оказаться очень эффективным сочетанное применение глутаматных антагонистов с различным рецепторным механизмом. Судя по всему, на моделях глобальной ишемии антагонисты He-NMDA-рецепторов обладают боль шим запасом терапевтической безопасности, чем антагонисты NMDA-рецепторов (Kawasaki-Yatsugi et al., 1997). Поэтому предполагают, что сочетанное применение глутаматных антагонистов этих классов позволит эффективно защитить нейроны от первично- и вторично-повреждающих факторов.
2.3. Нейродегенеративные заболевания 2.3.1. Болезнь Паркинсона Первичным патогенетическим механизмом развития болезни Паркинсона является гибель нейронов черной субстанции (pars compacta), дающих дофаминергические проекции в полосатое тело, хвостатое ядро и ограду. Предполагается, что нейродеге неративные изменения запускаются по механизму глутаматной нейротоксичности.
Первыми из антагонистов NMDA-рецепторов для лечения болезни Паркинсона стали с успехом применять низкоаффинные канальные блокаторы амантадин и ме мантин (Danysz et al., 1997). Эти вещества были введены в клиническую практику в середине 1970-х гг., когда доминирующим методом лечения болезни Паркинсона было применение дофаминопозитивных средств. Поэтому наличие дофаминомиме тической активности у амантадина и мемантина принимали как само собой разумею щееся. Однако в экспериментальных исследованиях так и не было подтверждено прямого взаимодействия этих веществ с дофаминовыми рецепторами или дофами новым метаболизмом. К концу 1980-х гг. удалось обнаружить, что многие антагонис ты NMDA-рецепторов предотвращают нейротоксическое действие селективных до фаминергических токсинов МРТР (1-метил-4-фенил-1,2,3,6-тетрагидропиридин), МРР+ (1-метил-4-фенилпиридиний), а также метамфетамина, что привело к пере смотру механизма действия амантадина и мемантина (Sonsalla et al., 1989;
Greenamyre, O'Brien, 1991;
Turski et al., 1991).
Клиническая эффективность антагонистов NMDA-рецепторов, очевидно, осно вывается на нескольких взаимодополняющих механизмах. В регионах мозга, ответ ственных за планирование, инициацию и осуществление моторной активности (например полосатое тело, префронтальная кора, черная субстанция), дофамин и глутаматергические проекции тесно переплетаются, формируя специфические си наптические триады (Carlsson, Carlsson, 1990;
Christoffersen, Meltzer, 1995;
Iversen, 1995;
см. также гл. 6). Глутаматные рецепторы различных подтипов регулируют пре синаптическое высвобождение дофамина и наоборот. Существуют также неоспори мые свидетельства взаимодействия этих медиаторных систем на постсинаптическом, а также на гетеросистемном уровне.
Многие антагонисты обладают непрямой дофаминомиметической активностью.
Например, высокоаффинные канальные блокаторы усиливают пресинаптическое высвобождение дофамина (Wedzony et al., 1993;
и др.), хотя этот эффект, очевидно, не опосредован NMDA-рецепторами (Kiss et al., 1994). Одной из классических экспе риментальных моделей паркинсонизма является поведение вращения у крыс с одно сторонними разрушениями дофаминовых пресинаптических терминалей в черной 2.3. Нейродегенеративные заболевания субстанции, помимо всего прочего приводящими к унилатеральной сенситизации постсинаптических дофаминовых рецепторов. Введение дофаминомиметиков с пресинаптическим механизмом действия (например амфетаминов, кокаина) со провождается контралатеральными вращениями. Инъекции дофаминомиметиков с постсинаптическим механизмом действия (например апоморфин) приводят к ип силатеральным вращениям.
Введение высокоаффинных канальных блокаторов вызывает контралатеральные вращения, указывающие на наличие пресинаптического компонента действия. Ис пользование низкоаффинных канальных блокаторов (амантадин, мемантин) приво дит к ипсилатеральным вращениям (Danysz et al, 1997). Постсинаптический механизм действия антагонистов NMDA-рецепторов подтверждается также тем, что у животных с истощенными нейрональными запасами дофамина (например посредством введения вещества, усиливающего пресинаптический выброс дофамина,Ч резерпина) введение антагонистов NMDA-рецепторов стимулирует локомоторную активность (Stair, Starr, 1994), а также усиливает способность дофаминопозитивных средств (ь-ДОФА, апо морфин) устранять паркинсоноподобную симптоматику, т. е. мышечную ригидность и акинезию (Carlsson, Carlsson, 1989;
Klockgether, Turski, 1990).
Более того, известно, что активация постсинаптических NMDA- и Dj-дофами новых рецепторов приводит к противоположным изменениям в уровне цАМФ зависимого фосфорилирования белка DARPP-32 (Halpain et al., 1990), указывая на возможность наличия у антагонистов NMDA-рецепторов косвенных дофаминопо зитивных свойств на субклеточном уровне.
Вопрос о том, что является мишенью антипаркинсонического действия антагони стов NMDA-рецепторов, не чисто теоретический вопрос, он напрямую связан с опре делением вероятности возникновения характерных побочных эффектов. У живот ных г неизмененной дофаминергической функцией психомоторная стимуляция является характерной для действия высокоаффинных канальных блокаторов NMDA-рецепторов, обладающих выраженным аддиктивным и психотомиметичес ким потенциалом (см. гл. 2.7.1). В то же время низкоаффинные блокаторы и конку рентные антагонисты не усиливают метаболизм дофамина в базальных ядрах, значи тельно меньше или совсем не стимулируют локомоторную активность при введении интактным животным и уменьшают локомоторные стимулирующие свойства и ад диктивный потенциал наркотиков психостимулирующего типа действия (Bubser et al., 1992;
Loscher, Honack, 1992;
Balster, Willetts, 1996).
Другой механизм антипаркинсонического действия антагонистов NMDA-рецеп торов был предложен Di Chiara и Morelli (1993), предположившими, что в основе антипаркинсонической активности антагонистов NMDA-рецепторов может лежать уменьшение D, -зависимого высвобождения ацетилхолина в полосатом теле. Извест но, что холинергические нейроны полосатого тела находятся под тоническим воз буждающим контролем глутаматергических проекций из коры головного мозга (Consolo et al., 1990). Предполагается, что усиление дофаминзависимого высвобож дения ацетилхолина в полосатом теле при паркинсонизме происходит за счет дисба ланса тормозных и возбуждающих влияний на ГАМК-ергические нейроны полосато го тела, которые находятся под тоническим воздействием дофаминергических проекций из черной субстанции (отсутствуют при паркинсонизме!), глутаматерги ческих проекций из коры и холинергических проекций, локализованных в пределах 48 Глава 2. Нейро- и психотропные свойства антагонистов NMDA-рецепторов полосатого тела. Активация ГАМК-ергических нейронов через черную субстанцию (pars reticulata) и таламус опосредованно стимулирует глутаматергические нейроны коры головного мозга, одним из следствий чего является усиление возбуждающих проекций на холинергические нейроны полосатого тела. Поэтому, по аналогии с м-холиноблокаторами, антагонисты NMDA-рецепторов оказывают косвенное хо линонегативное действие (предотвращают синаптическое высвобождение ацетилхо лина) (Damsma et al., 1991) и обладают антипаркинсоническими свойствами.
Еще один важный принцип, регулирующий использование антагонистов NMDA рецепторов для лечения болезни Паркинсона, основан на данных о том, что разруше ние дофаминергических нейронов может быть следствием длительного повышения внеклеточной концентрации глутамата (Lancelot et al., 1995). Именно поэтому при менение антагонистов NMDA-рецепторов представляется исключительно перспек тивным для предотвращения прогрессирования заболевания. В единственном на данный момент клиническом исследовании установлено, что применение антагонис тов NMDA-рецепторов продлевает срок жизни пациентов с болезнью Паркинсона (Uittietal., 1996).
В большинстве экспериментальных работ используется системный путь введения антагонистов NMDA-рецепторов, что, возможно, создает не совсем точное представ ление об анатомическом субстрате действия этих веществ. Хотя одной из особеннос тей патогенеза болезни Паркинсона является разрушение нейронов в черной суб станции, это не указывает на первичность таких разрушений, не исключает поражения других регионов, а также не дает оснований делать обобщения в отноше нии паркинсонизма как клинического синдрома в целом. Действительно, локальное введение антагонистов NMDA-рецепторов в полосатое тело стимулирует локомо торную активность животных (Schmidt, 1986), а также ослабляет каталепсию, выз ванную антагонистом дофаминовых рецепторов галоперидолом (одна из экспери ментальных моделей паркинсонизма;
Schmidt, Bubser, 1989).
Имеющиеся данные позволяют предполагать, что полосатое тело Ч одна из основ ных мишеней антипаркинсонического действия антагонистов NMDA-рецепторов.
Полосатое тело получает обширные глутаматергические проекции из премоторных, моторных и ассоциативных зон коры головного мозга (Шаповалова и соавт., 1992;
Mogenson, 1987;
и др.). Повышение активности этих проекций (т. е. избыточное вы свобождение глутамата) способно не только истощать за счет длительной стимуля ции запасы дофамина в пресинаптических терминалях дофаминергических проек ций из черной субстанции, но и оказывать нейротоксическое действие на проекционные нейроны полосатого тела (Lancelot et al., 1995). Поскольку полосатое тело Ч важнейший интерфейс, обеспечивающий сенсомоторное сопряжение, оно от ветственно за инициацию движения (Mogenson, 1987). Именно нарушения в контро ле двигательной активности (запуск и прекращение) являются одними из основных симптомов паркинсонизма. В гл. 6 представлена гипотеза о механизмах организации сенсомоторного сопряжения в полосатом теле и сопряженных областях. Согласно этой гипотезе, нарушения в координированной активности могут происходить при поступлении в полосатое тело избыточной информации, передаваемой посредством глутаматергических проекций. Снижение глутаматергической активности путем введения антагонистов глутаматных рецепторов может служить своего рода фильт ром, который восстанавливает нормальное (физиологическое) соотношение уровней 2.3. Нейродегенеративные заболевания Таблица 2.3. Терапевтический потенциал антагонистов NMDA-рецепторов при болезни Паркинсона Экспериментальная Канальные Конкурентные Глициновые Полиаминовые модель блокаторы антагонисты антагонисты антагонисты Дофаминомиметическая + +/- активность Нейропротективное + + + действие шум-сигнал. Эта гипотеза косвенно подтверждается ухудшением клинической симп гоматики после стимуляции NMDA-рецепторов путем введения агониста глицино вых рецепторов милацемида (нролекарство;
Giuffra et al, 1993).
В настоящее время различные антагонисты NMDA-рецепторов проходят клини ческие испытания (Montastruc et al., 1997;
Parsons et al., 1998). Полученную инфор мацию можно обобщить следующим образом. Из всех классов антагонистов NMDA рецепторов только канальные блокаторы эффективны без всяких сомнений (табл. 2.3). Правда, в недавних клинических испытаниях декстрометорфана не обна ружено значимого терапевтического эффекта. Не был получен положительный ре зультат также при клинических испытаниях ингибитора высвобождения глутамата ламотриджина (Montastruc et al., 1997). Антагонисты He-NMDA-рецепторов мало эффективны в эксперименте (Hauber, Andersen, 1993;
и др.).
В то время как перспективы применения антагонистов NMDA-рецепторов для противосудорожной и противоишемической терапии пока еще неясны, скорейшее использование этих веществ для лечения болезни Паркинсона может оказаться не только желанным, но даже и необходимым. Такое мнение основано на данных о ней ротоксическом действии самого дофамина (Lieb et al., 1995) и, возможно, многих до фаминомиметиков, которые подобно ь-ДОФА увеличивают продукцию свободных радикалов в черной субстанции и сами могут усугублять течение заболевания (Rosenberg et al., 1991;
Smith et al., 1994).
Хотя амантадин и мемантин, например, успешно используются в клинике, все вышесказанное указывает на то, что перспективы применения антагонистов NMDA рецепторов различных классов при болезни Паркинсона связаны с сочетанным при менением их с классическими антипаркинсоническими средствами. Так, установле но, что антагонисты NMDA-рецепторов устраняют нестабильность (колебания) терапевтического эффекта ь-ДОФА (Papa, Chase, 1996;
Blanchet et al., 1997). Более того, антагонисты NMDA-рецепторов пролонгируют терапевтически полезные эф фекты L-ДОФА (Papa, Chase, 1996), устраняют дискинезии, вызываемые этим сред ством (Papa, Chase, 1996;
Blanchet et al., 1997).
2.3.2. Хорея Гентингтона Возникновение данного заболевания, характеризующегося постепенным развитием моторных и когнитивных расстройств, связывают с гибелью нейронов в хвостатом теле и ограде. Этиопатогенез хореи Гентингтона до конца не выяснен, однако резуль таты экспериментов указывают на возможную роль в развитии заболевания глутама 50 Глава 2. Нейро- и психотропные свойства антагонистов NMDA-рецепторов тергической передачи. Так, введение агониста NMDA-рецепторов хинолиновой кис лоты в полосатое тело крыс приводит к дегенерации ГАМК-ергических нейронов, но при этом не повреждает интернейроны, содержащие соматостатин и нейропептид Y.
Такой профиль нейродегенеративных изменений повторяет характер изменений в мозге больных хореей Гентингтона (Beal et al., 1989). Экспериментальные модели хореи Гентингтона основаны на применении специфических токсинов, нарушающих функции митохондрий (3-NP, малоновая кислота), что, видимо, усиливает нейроток сическое действие глутамата (Greene, Greenamyre, 1995;
Borlongan et al., 1997). В ис следованиях post mortem подтвержден дефицит активности митохондриальных ком плексов в мозге больных хореей Гентингтона (Browne et al., 1997). Антагонисты NMDA-рецепторов оказывают частичное нейропротективное действие на этих моде лях (например, Greene, Greenamyre, 1995;
Wenk et al., 1996). На возможное участие NMDA-рецепторов в патогенезе хореи Гентингтона указывают и данные об измене ниях уровней экспрессии NMDA-рецепторов в мозге больных хореей Гентингтона (Arzberger et al., 1997), а также о снижении активности фермента кинуренинамино трансферазы, контролирующего синтез эндогенного антагониста кинуреновой кис лоты (Beal et al., 1990;
Jauch et al., 1995).
К настоящему времени завершены клинические испытания двух канальных бло каторов Ч ремацемида и кетамина, при применении которых отмечалась лишь недо стоверная тенденция к симптоматическому улучшению (Kieburtz et al., 1996;
Murman et al., 1997).
В целом следует заметить, что нет никаких серьезных оснований полагать, что глутаматные антагонисты найдут применение как средства симптоматической тера пии хореи Гентингтона. Подобные утверждения основаны на том, что изменения в нейромедиаторных системах при хорее Гентингтона (усиление тонуса дофаминер гической системы и ослабление холинергического тонуса) прямо противоположны таковым при болезни Паркинсона, при которой антагонисты NMDA-рецепторов яв ляются перспективными средствами симптоматической терапии.
2.3.3. Боковой амиотрофический склероз С избыточной стимуляцией глутаматных рецепторов связывают также развитие бо кового амиотрофического склероза (БАС;
Shaw, Ince, 1997), при котором наблюдает ся уменьшение массы нейронов вентральных рогов спинного мозга и кортикальных нейронов, дающих проекции в нейроны вентральных рогов. Повышенная концентра ция глутамата в спинномозговой жидкости и плазме при БАС послужила основа нием для проведения ряда клинических испытаний антагонистов глутаматных рецепторов (декстрометорфан, ламотриджин), не принесших пока ожидаемого ре зультата (Gredal et al., 1997;
Shaw, Ince, 1997). Однако глутаматные рецепторы по-прежнему остаются потенциальными мишенями в терапии этого заболевания, а неселективный ингибитор высвобождения глутамата рилузол зарегистрирован в ряде стран как средство терапии БАС (Shaw, Ince, 1997).
Нарушения утилизации эндогенных агонистов глутаматных рецепторов Ч один из возможных механизмов патогенеза БАС. С одной стороны, есть данные о наруше ниях в глиальном захвате глутамата у больных БАС (Rothstein et al., 1995), что под тверждается более значительным, чем в контрольной группе повышением концент 2.3. Нейродегенеративные заболевания 51_ рации глутамата в плазме у таких больных после перорального приема глутамата (Gredal, Moller, 1995). С другой стороны, снижение уровня экспресии глицинового транспортера при БАС указывает на возможное повышение внеклеточной концент рации глицина (Virgo, de Belleroche, 1995). У больных БАС наблюдают снижение уровней экспрессии различных субъединиц NMDA-рецепторов, что, по всей видимо сти, отражает избыточную стимуляцию и гибель нейронов, экспрессирующих NMDA-рецепторы (Virgo, de Belleroche, 1995;
Samarasinghe et al., 1996).
В заключение отметим, что моторные нейроны в вентральных рогах спинного мозга изначально более чувствительны к нейротоксическому действию глутамата, так как у них отсутствуют белки, связывающие Са2+ (парвальбумин, кальбиндин;
Shaw, Ince, 1997).
2.3.4. Болезнь Альцгеймера и расстройства памяти и обучения Процессы синаптической пластичности в целом и память и обучение в частности во многом базируются на механизмах, в которых NMDA-рецепторный комплекс играет ключевую роль (см. гл. 1.3). Поэтому кажется естественным, что антагонисты NMDA-рецепторов должны нарушать память и ухудшать обучение. Действительно, введение этих веществ негативно сказывается на памяти и обучении (например дол говременная потенциация в гиппокампе, пространственное обучение в водном лаби ринте Морриса) (Cross et al., 1995;
Danysz et al., 1995). Имеются данные о способнос ти блокаторов NMDA-рецепторов ухудшать выработку стереотипов поведения, основанных на пространственной и временной памяти (Ohno et al., 1996), и замед лять выработку классических условнорефлекторных реакций (например мигатель ный рефлекс: Servatius, Shors, 1996;
Pages: | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ... | 7 | Книги, научные публикации